Módulo Arquitectura de Computadores
Alberto José Proença
Lic. Engenharia de Sistemas
e Informática, 1º ano
2002/03
Material de estudo e Sumários | Programa leccionado
Avisos
1. Não esquecer de fazer o "refresh" desta página sempre que nela entrar!
2. Forum da disciplina: Este módulo de CSI funciona com 2 tipos de serviços de informação electrónica de apoio ao seu funcionamento: (i) num servidor Web, cujo endereço da página de entrada é http://gec.di.uminho.pt/lesi/csi/ac.html e (ii) num Forum do correio electrónico da UM, visível apenas por estudantes inscritos nesta disciplina (Forum de CSI), disponibilizado pelo CIUM, nas caixas de correio dos estudantes. (26-Fev-03)
Data da última modificação: 24 Jan 2006
Semana: 1 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10
Material de Estudo
O material de estudo mais relevante ao
funcionamento deste
módulo está resumido num único documento em formato electrónico (Introdução
aos Sistemas de Computação (ISC), acessível através do Forum da
disciplina). Este documento não dispensa consulta à bibliografia
recomendada, nem a outros documentos que sejam propostos nos sumários.
Os guiões com propostas de trabalhos para serem efectuados, quer em casa quer
nas sessões laboratoriais, serão também colocados no Forum da disciplina. De
notar que, sempre que um documento fôr colocado no Forum pelo docente, todos os
estudantes inscritos na disciplina receberão uma notificação na sua caixa de
correio electrónico.
Cada docente poderá incluir neste ficheiro de
sumários os seus planos de leccionação em aulas futuras, por vezes baseados
em anos anteriores; quando tal acontecer, o texto do sumário estará numa cor
clara.
No fim de cada
sumário será feita uma referência aos capítulos/secções da bibliografia
recomendada e/ou da documentação disponibilizada em formato
electrónico; quando for referência a capítulos/secções da bibliografia recomendada,
haverá apenas indicação aos mesmos após indicação do autor principal do
livro (por exemplo, Sta para Stallings, ou Bry para
Bryant).
Sumários
Semana 1
24-Fev-03 (T)
Não houve aula
25-Fev-03 (TP1+TP2)
Não houve aula (ainda não houve aula teórica de apresentação).
26-Fev-03 (TP3)
Não houve aula (ainda não houve aula teórica de apresentação).
27-Fev-03 (T)
Apresentação. Introdução ao funcionamento da disciplina: módulos que a
constituem (Comunicações, Arquitectura de Computadores, Sistemas Operativos);
apresentação
da documentação a fornecer (em formato electrónico, e relativo ao ano em
curso, em gec.di.uminho.pt/lesi/csi/) e da metodologia de trabalho e de
avaliação. Inscrição nos turnos práticos.
27-Fev-03 (TP4)
Não houve aula (para sincronização com outras turmas).
28-Fev-03 (TP5)
Não houve aula (para sincronização com outras turmas).
Semana 6
31-Mar-03 (T)
Introdução aos conceitos de "computador" e sua organização
interna. Noção de "informação" no contexto de um computador e
elemento básico de representação da informação (bit).
Material de estudo: ISC (Cap.1.1);
slides
ISC_1
01-Abr-03 (TP1+TP2)
(Nota: estas turmas tiveram neste dia aula do módulo
de Comunicações)
02-Abr-03 (TP3)
Representação da
informação numérica no computador utilizando bits: sistemas de numeração (decimal, binário, octal, hexadecimal,
...) e mecanismos de
conversão de bases, quer para a parte inteira quer para a fraccionária;
representação binária de valores positivos e negativos (sinal + magnitude,
complemento para 1, complemento para 2, e representação por excesso).
Material de estudo: ISC (Anexo A); exercícios a resolver em casa
para entregar no início da aula seguinte em
TPC1
03-Abr-03 (T)
Representação da informação no computador utilizando bits: texto e respectivos
alfabetos (introdução ao ASCII 7/8 bits e UNICODE), e informação multimédia
(introdução ao pixel, JPEG, GIF, PNG, MPEG, MP3, ...).
Material de estudo: mesmo da aula anterior
03-Abr-03 (TP4)
Representação da
informação numérica no computador utilizando bits: sistemas de numeração (decimal, binário, octal, hexadecimal,
...) e mecanismos de
conversão de bases, quer para a parte inteira quer para a fraccionária;
representação binária de valores positivos e negativos (sinal + magnitude,
complemento para 1, complemento para 2, e representação por excesso).
Material de estudo: ISC (Anexo A); exercícios a resolver em casa
para entregar no início da aula seguinte em
TPC1
04-Abr-03 (TP5)
Representação da
informação numérica no computador utilizando bits: sistemas de numeração (decimal, binário, octal, hexadecimal,
...) e mecanismos de
conversão de bases, quer para a parte inteira quer para a fraccionária;
representação binária de valores positivos e negativos (sinal + magnitude,
complemento para 1, complemento para 2, e representação por excesso).
Material de estudo: ISC (Anexo A); exercícios a resolver em casa
para entregar no início da aula seguinte em
TPC1
Semana 7
07-Abr-03 (T)
Análise da organização e estrutura interna dum computador: o processador (sua
função, noção de instruction set, organização interna com
registos, unidades funcionais e unidade de controlo), a memória primária (função
e organização lógica em células endereçáveis), e os periféricos/dispositivos e
módulos de I/O (tipos de interface e papel dos módulos de I/O).
Interligação de componentes num computador: interacções entre componentes,
análise de ligações - do CPU, da memória primária e dos módulos de I/O - e
caracterização das estruturas de ligação, com destaque para os barramentos (bus)
e para a arquitectura típica de um PC.
A
hierarquia duma arquitectura de barramentos como resposta a requisitos distintos
de desempenho, com introdução ao barramento PCI num PC.
Material de estudo: ISC (Cap.2, com destaque para a introdução e
2.2. e 2.3), Sta (Ch.1.2, 3.1, 3.3, 3.4 e 3.5); slides ISC_1
08-Abr-03 (TP1+TP2)
Representação da
informação numérica no computador utilizando bits: sistemas de numeração (decimal, binário, octal, hexadecimal,
...) e mecanismos de
conversão de bases, quer para a parte inteira quer para a fraccionária;
representação binária de valores positivos e negativos (sinal + magnitude,
complemento para 1, complemento para 2, e representação por excesso).
Material de estudo: ISC (Anexo A)
09-Abr-03 (TP3)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios com binários inteiros.
Representação binária de valores
reais em vírgula flutuante (noção e vantagens duma normalização). Apresentação da norma IEEE 754 na representação
binária de reais (precisão simples e dupla), incluindo os casos de excepção
(desnormalização, zero, infinito e não-reais).
Material de estudo: ISC (Anexo B), Sta (Ch. 8.4), Tan (An. B);
exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em
TPC2
10-Abr-03 (T)
Execução de programas num computador: níveis de abstracção num computador e mecanismos de conversão
entre níveis; análise
detalhada dos mecanismos na execução de um programa em C numa arquitectura
IA32.
Execução de instruções em linguagem máquina num CPU: ciclo de execução de
instruções e introdução ao modelo de computação de von Neumann no
funcionamento básico dum computador.
Análise detalhada da execução de uma instrução em linguagem máquina, com introdução aos conceitos de registo de
instrução, registo apontador para a próxima instrução, e mecanismo de busca de
instruções à memória, e utilizando os barramentos de endereços, de controlo e de dados.
Material de estudo: NE (Cap.2.1, 3, 4.1 e 4.2 ), Sta (Ch.2.1, 3.2 e 6.2);
slides
ISC_2
10-Abr-03 (TP4)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios com binários inteiros.
Representação binária de valores
reais em vírgula flutuante (noção e vantagens duma normalização). Apresentação da norma IEEE 754 na representação
binária de reais (precisão simples e dupla), incluindo os casos de excepção
(desnormalização, zero, infinito e não-reais).
Material de estudo: ISC (Anexo B), Sta (Ch. 8.4), Tan (An. B);
exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em
TPC2
11-Abr-03 (TP5)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios com binários inteiros.
Representação binária de valores
reais em vírgula flutuante (noção e vantagens duma normalização). Apresentação da norma IEEE 754 na representação
binária de reais (precisão simples e dupla), incluindo os casos de excepção
(desnormalização, zero, infinito e não-reais).
Material de estudo: ISC (Anexo B), Sta (Ch. 8.4), Tan (An. B);
exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em
TPC2
Semana 8
14-Abr-03 (T)
Análise
do processador ao nível da arquitectura do instruction set
(ISA): introdução às operações aritméticas num processador, com análise do n.º de operandos
a especificar em cada
instrução (3, 2, 1 ou 0) e localização de operandos; modos de especificação da
localização de operandos (registos visíveis ao programador e modos de
endereçamento à memória).
Material de estudo: ISC (Cap. 5.1, 5.4 e 5.5);
slides
ISC_3
15-Abr-03 (TP1+TP2)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios com binários inteiros.
Representação binária de valores
reais em vírgula flutuante (noção e vantagens duma normalização). Apresentação da norma IEEE 754 na representação
binária de reais (precisão simples e dupla), incluindo os casos de excepção
(desnormalização, zero, infinito e não-reais).
Material de estudo: ISC (Anexo B), Sta (Ch. 8.4), Tan (An. B);
exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em
TPC2
16-Abr-03 (TP4)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.
17-Abr-03 (T)
Não houve aulas (férias da Páscoa)
17-Abr-03 (TP4)
Não houve aulas (férias da Páscoa)
18-Abr-03 (TP5)
Não houve aulas (férias da Páscoa)
Semana 9
28-Abr-03 (T)
Análise
do processador ao nível da arquitectura do instruction set
(ISA):
tipos de instruções presentes num processador (para transferência de informação,
operações aritméticas e lógicas, para controlo do fluxo de execução); análise de formatos de
instruções (em processadores RISC e no Pentium); instruções de input/output; ordenação de bytes numa palavra (little-endian, big-endian).
Material de estudo: ISC (Cap. 5.2 e 5.3); slides
ISC_3
29-Abr-03 (TP1+TP2)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.
30-Abr-03 (TP3)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.
01-Mai-03 (T)
Não houve aula (feriado)
01-Mai-03 (TP4)
Não houve aula (feriado)
02-Mai-03 (TP5)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.
Semana 10
05-Mai-03 (T)
Introdução de paralelismo no CPU: noção de pipeline e
de superescalaridade.
Introdução aos conceitos de hierarquia de memória e de cache.
Resumo das características das arquitecturas RISC.
Material de estudo: ISC (Cap. 4.3 a 4.5, e 5.7); slides
ISC_3
06-Mai-03 (TP1+TP2)
Análise e diálogo sobre terminologia e gíria informática em redor da temática
dos processadores e de memórias.
Introdução prática à evolução da tecnologia dos circuitos integrados e dos
circuitos impressos (ilustrada com motherboards com os CPU's i286, i386,
i486, Pentium, Pentium II e II). Visualização de unidades de disco magnético e
respectivas superfícies de armazenamento de informação.
Material de estudo: Colectânea de informação sobre "How
Computers Work", da revista "Smart
Computing" (versão integral em servidor da UM em
HCW,
7.9MB;
artigos sobre CPU e memória condensados em
H1
e H2, 565KB)
07-Mai-03 (TP3)
Análise e diálogo sobre terminologia e gíria informática em redor da temática
dos processadores e de memórias.
Introdução prática à evolução da tecnologia dos circuitos integrados e dos
circuitos impressos (ilustrada com motherboards com os CPU's i286, i386,
i486, Pentium, Pentium II e II). Visualização de unidades de disco magnético e
respectivas superfícies de armazenamento de informação.
Material de estudo: Colectânea de informação sobre "How
Computers Work", da revista "Smart
Computing" (versão integral em servidor da UM em
HCW,
7.9MB;
artigos sobre CPU e memória condensados em
H1
e H2, 565KB)
08-Mai-03 (T)
Interligação de computadores em rede: noção de rede de computadores e de
comunicação de dados; o modelo OSI de 7 camadas; características físicas (inclui
modulação), tipos e meios de transmissão de dados; dispositivos e equipamentos
de ligação de redes; arquitecturas de redes locais e alargadas (inclui
Internet).
Material de estudo: livro recomendado para o ensino secundário,
"Introdução às Tecnologias de Informação. Bloco II", de Artur A. Azul, Porto
Editora (Cap. 6.1);slides
ISC_4
08-Mai-03 (TP4)
Análise e diálogo sobre terminologia e gíria informática em redor da temática
dos processadores e de memórias.
Introdução prática à evolução da tecnologia dos circuitos integrados e dos
circuitos impressos (ilustrada com motherboards com os CPU's i286, i386,
i486, Pentium, Pentium II e II). Visualização de unidades de disco magnético e
respectivas superfícies de armazenamento de informação.
Material de estudo: Colectânea de informação sobre "How
Computers Work", da revista "Smart
Computing" (versão integral em servidor da UM em
HCW,
7.9MB;
artigos sobre CPU e memória condensados em
H1
e H2, 565KB)
09-Mai-03 (TP5)
Análise e diálogo sobre terminologia e gíria informática em redor da temática
dos processadores e de memórias.
Introdução prática à evolução da tecnologia dos circuitos integrados e dos
circuitos impressos (ilustrada com motherboards com os CPU's i286, i386,
i486, Pentium, Pentium II e II). Visualização de unidades de disco magnético e
respectivas superfícies de armazenamento de informação.
Material de estudo: Colectânea de informação sobre "How
Computers Work", da revista "Smart
Computing" (versão integral em servidor da UM em
HCW,
7.9MB;
artigos sobre CPU e memória condensados em
H1
e H2, 565KB)
Representação de informação num
computador
Introdução aos conceitos de "computador" e sua organização
interna.
Noção de "informação" no contexto de um computador e
elemento básico de representação da informação (bit).
Representação da informação no computador utilizando bits: texto e respectivos
alfabetos (introdução ao ASCII 7/8 bits e UNICODE), e informação multimédia
(introdução ao pixel, JPEG, GIF, PNG, MPEG, MP3, ...).
Representação da informação numérica no computador utilizando bits: sistemas de
numeração (decimal, binário, octal, hexadecimal, ...) e mecanismos de conversão
de bases, quer para a parte inteira quer para a fraccionária; representação
binária de valores positivos e negativos (sinal + magnitude, complemento para 1,
complemento para 2, e representação por excesso); representação binária de valores
reais em vírgula flutuante (noção e vantagens duma normalização); apresentação da norma IEEE 754 na representação
binária de reais (precisão simples e dupla), incluindo os casos de excepção
(desnormalização, zero, infinito e não-reais).
Organização e estrutura interna
dum computador
Análise da organização e estrutura interna dum computador: o processador (sua
função, noção de instruction set, organização interna com
registos, unidades funcionais e unidade de controlo), a memória primária (função
e organização lógica em células endereçáveis), e os periféricos/dispositivos e
módulos de I/O (tipos de interface e papel dos módulos de I/O).
Interligação de componentes num computador: interacções entre componentes,
análise de ligações - do CPU, da memória primária e dos módulos de I/O - e
caracterização das estruturas de ligação, com destaque para os barramentos (bus)
e para a arquitectura típica de um PC.
A hierarquia duma arquitectura de barramentos como resposta a requisitos
distintos de desempenho, com introdução ao barramento PCI num PC.
Execução de programas num computador
Níveis de abstracção num computador e mecanismos de conversão
entre níveis; análise
detalhada dos mecanismos na execução de um programa em C numa arquitectura
IA32.
Execução de instruções em linguagem máquina num CPU: ciclo de execução de
instruções e introdução ao modelo de computação de von Neumann no
funcionamento básico dum computador.
Análise detalhada da execução de uma instrução em linguagem máquina, com introdução aos conceitos de registo de
instrução, registo apontador para a próxima instrução, e mecanismo de busca de
instruções à memória, e utilizando os barramentos de endereços, de controlo e de dados.
Arquitectura do processador ao
nível do ISA
Análise
do processador ao nível da arquitectura do instruction set
(ISA): introdução às operações aritméticas num processador, com análise do n.º
de operandos a especificar em cada instrução (3, 2, 1 ou 0) e localização de
operandos; modos de especificação da localização de operandos (registos visíveis
ao programador e modos de endereçamento à memória); tipos de instruções
presentes num processador (para transferência de informação, operações
aritméticas e lógicas, para controlo do fluxo de execução); análise de formatos
de instruções (em processadores RISC e no Pentium); instruções de input/output; ordenação de bytes numa palavra (little-endian, big-endian).
Introdução de paralelismo no CPU: noção de pipeline e de
superescalaridade.
Introdução aos conceitos de hierarquia de memória e de cache.
Tecnologias
Análise e diálogo sobre terminologia e gíria informática em redor da temática
dos processadores e de memórias.
Introdução prática à evolução da tecnologia dos circuitos integrados e dos
circuitos impressos (ilustrada com motherboards com os CPU's i286, i386,
i486, Pentium, Pentium II e II). Visualização de unidades de disco magnético e
respectivas superfícies de armazenamento de informação.
Interligação de computadores em rede: noção de rede de computadores e de
comunicação de dados; o modelo OSI de 7 camadas; características físicas (inclui
modulação), tipos e meios de transmissão de dados; dispositivos e equipamentos
de ligação de redes; arquitecturas de redes locais e alargadas (inclui
Internet).