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CSI: Arquitectura de
Computadores |
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Direitos
de Autor & Copyright
Material de Estudo e Sumários | Programa
leccionado
| departamento de informática |
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Avisos
Esclarecimento de dúvidas: o docente responsável estará em princípio nas quartas de tarde, na sala do DI por detrás da recepção (14h-17h). (06-Mar-06)
Não esquecer de fazer o "refresh" desta página sempre que nela entrar!
Data da última modificação: 20 Mar 2006
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)). Este documento não dispensa consulta à bibliografia recomendada, nem a outros documentos que sejam propostos nos sumários, nomeadamente propostas de trabalhos para serem efectuados quer em casa, quer nas sessões laboratoriais.
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 1
20-Fev-06 (T)
Estrutura de funcionamento da disciplina organizada em 3 módulos (Arquitectura
de Computadores, Sistemas Operativos e Comunicações por Computador): equipa
docente, programa proposto e respectiva bibliografia, calendarização e
metodologia de avaliação.
21-Fev-06 (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); Bry (Ch.2.2 e Ch.2.3); exercícios a resolver em casa
para entregar no início da aula seguinte em
TPC1
22-Fev-06 (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
24-Fev-06 (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). Introdução à representação
de informação num computador.
Material de estudo: ISC (Cap.1.1);
slides
ArqComp_1 ; Bry (Ch.1.1)
24-Fev-06 (TP4+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 2
27-Fev-06 (T)
Representação da informação no computador utilizando
bits: texto e respectivos alfabetos (Baudot, Braille, ASCII 7/8 bits e UNICODE),
informação multimédia (introdução ao pixel, JPEG, GIF, PNG, MPEG, MP3, ...) e
noção de instruction set enquanto meio eficaz de codificar comandos para o
processador.
Material de estudo: ISC (Cap.1.1) e
slides ArqComp_1, já disponibilizados; Bry (Ch.1.1 e 2.1)
28-Fev-06 (TP1+TP2)
Feriado de Carnaval
01-Mar-06 (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
03-Mar-06 (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);
03-Mar-06 (TP4+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 3
06-Mar-06 (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
07-Mar-06 (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), Bry
(Ch.2.4);
exercícios a resolver em casa para entregar no início da aula seguinte em
TPC2
08-Mar-06 (TP3)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.
Material de estudo: resolução de
TPC1r ;
texto do Guião_1 para utilização na
próxima sessão TP, e para ser lido e entendido antes da aula
10-Mar-06 (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
10-Mar-06 (TP4+TP5+TP6)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.
Material de estudo: resolução de
TPC1r ;
texto do Guião_1 para utilização na
próxima sessão TP, e para ser lido e entendido antes da aula
Semana 4
13-Mar-06 (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
14-Mar-06 (TP1+TP2)
Esclarecimento de dúvidas na resolução de exercícios de vírgula flutuante.
Material de estudo: resolução de
TPC1r ;
texto do
Guião_1 para utilização na
próxima sessão TP, e para ser lido e entendido antes da aula
15-Mar-06 (TP3)
Treino das capacidades de visualização de conceitos sobre sistemas de
computação, através de um exercício experimental com estudantes-actores: 8 actores
irão representar a execução
de instruções em linguagem máquina (corpo de uma função em C compilada para
IA16).
Material de estudo: o texto do
Guião_1 para
apoio à elaboração deste exercício foi divulgado no sumário da aula anterior; resolução de
TPC2r
17-Mar-06 (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
17-Mar-06 (TP4+TP5+TP6)
Treino das capacidades de visualização de conceitos sobre sistemas de
computação, através de um exercício experimental com estudantes-actores: 8 actores
irão representar a execução
de instruções em linguagem máquina (corpo de uma função em C compilada para
IA16).
Material de estudo: o texto do
Guião_1 para
apoio à elaboração deste exercício foi divulgado no sumário da aula anterior; resolução de
TPC2r
Semana 5
20-Mar-06 (T)
Análise e diálogo sobre terminologia e gíria informática em redor da temática
dos processadores e de memórias.
Material de estudo: slides
ArqComp_4 e links nele referenciados para o
sítio da Web "How Stuff Works"
(canal
Computadores); material complementar alternativo:
informação permanentemente actualizada no sítio da Web "How Stuff Works"
(canal
Computadores)
21-Mar-06 (TP1+TP2)
Treino das capacidades de visualização de conceitos sobre sistemas de
computação, através de um exercício experimental com estudantes-actores: 8 actores
irão representar a execução
de instruções em linguagem máquina (corpo de uma função em C compilada para
IA16).
Material de estudo: o texto do
Guião_1 para
apoio à elaboração deste exercício foi divulgado no sumário da aula anterior;
resolução de
TPC2r
22-Mar-06 (TP3)
(Sumários no módulo SO)
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.
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