CSI: Arquitectura de Computadores Lic. Eng. Sistemas & Informática, 1º ano 2003/2004 Docente responsável: A.J.Proença

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Material de Estudo e Sumários | Programa leccionado

(ano lectivo anterior)

departamento de informática

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/csi0304/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. (23-Fev-04)  

Data da última modificação: 24 Jan 2006

Material de Estudo e Sumários

Semana: 2 | 3 | 4 | 5     

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 - contendo 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.

O 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 2

01-Mar-04 (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 ArqComp_1 ; Bry (Ch.1.1)

02-Mar-04 (TP1+TP2+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); Bry (Ch.2.2 e Ch.2.3); exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em TPC1

04-Mar-04 (T)
Representação da informação no computador utilizando bits: texto e respectivos alfabetos (Baudot, Braille, ASCII 7/8 bits e UNICODE), e informação multimédia (introdução ao pixel, JPEG, GIF, PNG, MPEG, MP3, ...).
Material de estudo:  ISC (Cap.1.1) e slides ArqComp_1, já disponibilizados; Bry (Ch.1.1 e 2.1)

04-Mar-04 (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); Bry (Ch.2.2 e Ch.2.3); exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em TPC1

05-Mar-04 (TP5+TP6)
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); Bry (Ch.2.2 e Ch.2.3); exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em TPC1

Semana 3

08-Mar-04 (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.
Material de estudo: ISC (Cap.2, com destaque para a introdução e 2.2. e 2.3) e slides ArqComp_1, já disponibilizados; Sta (Ch.1.2, 3.1, 3.3, 3.4 e 3.5);

09-Mar-04 (TP1+TP2+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), Bry (Ch.2.4); exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em TPC2

11-Mar-04 (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: ISC (Cap.2.1, 3, 4.1 e 4.2 ), Sta (Ch.2.1, 3.2 e 6.2), Bry (Ch.1.2 a 1.4); slides ArqComp_2

11-Mar-04 (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), Bry (Ch.2.4); exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em TPC2

12-Mar-04 (TP5+TP6)
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), Bry (Ch.2.4); exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em TPC2

Semana 4

15-Mar-04 (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 ArqComp_3

16-Mar-04 (TP1+TP2+TP3)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.

18-Mar-04 (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) e slides ArqComp_3, já disponibilizados

18-Mar-04 (TP4)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.

19-Mar-04 (TP5+TP6)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.

Semana 5

22-Mar-04 (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), Bry (Ch.1.5 e 1.6); slides ArqComp_3, já disponibilizados

23-Mar-04 (TP1+TP2+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: slides ArqComp_4 e links nele referenciados para o sítio da Web "How Stuff Works" (canal Computadores); material complementar alternativo: colectânea de informação sobre "How Computers Work", da revista de 2001 "Smart Computing" (versão integral em servidor da UM em HCW, 7.9MB; artigos sobre CPU e memória condensados aqui em H1 e H2, 565KB)

25-Mar-04 (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 ArqComp_4

25-Mar-04 (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: slides ArqComp_4 (já disponibilizados) e links nele referenciados para o sítio da Web "How Stuff Works" (canal Computadores); material complementar alternativo: colectânea de informação sobre "How Computers Work", da revista de 2001 "Smart Computing" (versão integral em servidor da UM em HCW, 7.9MB; artigos sobre CPU e memória condensados aqui em H1 e H2, 565KB); informação permanentemente actualizada no sítio da Web "How Stuff Works" (canal Computadores)

26-Mar-04 (TP5+TP6)
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: slides ArqComp_4 (já disponibilizados) e links nele referenciados para o sítio da Web "How Stuff Works" (canal Computadores); material complementar alternativo: colectânea de informação sobre "How Computers Work", da revista de 2001 "Smart Computing" (versão integral em servidor da UM em HCW, 7.9MB; artigos sobre CPU e memória condensados aqui em H1 e H2, 565KB); informação permanentemente actualizada no sítio da Web "How Stuff Works" (canal Computadores)

Programa proposto

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).