Organização de computadores

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Organização de Computadores
(EA960)
Ivan Luiz Marques Ricarte
http://www.dca.fee.unicamp.br/courses/EA960/
1999
Ementa detalhada
Introdução à organização de computadores: Evolução de sistemas computacionais.
Classificação de arquiteturas:Estruturas de computadores. Máquinas de von Neumann. Medidas
de avaliação de desempenho. Arquiteturas de alto desempenho.
Sistemas de memória hierárquica: Conceito de hierarquia de memória. Bandwidth, esquemas de
endereçamento, memória virtual, paginação. Memória cache.
Sub-sistemas de entrada e saída: características, canais, processadores de E/S.
Princípios de pipelining: pipelines deinstrução, pipelines aritméticos, projetos de sistemas pipeline.
Processadores vetoriais: características, exemplos.
Processadores matriciais: características, malhas de comunicação, algoritmos. Processadores associativos.
Multiprocessadores: sistemas fortemente acoplados e fracamente acoplados, exemplos; influências
no sistema operacional e em linguagens de programação; algoritmos.
Arquiteturasalternativas: Arquitetura VLSI e Computadores dataflow.
Referências
1. Livro-texto:
Advanced Computer Architecture: Parallelism, Scalability, Programmability
Kai Hwang
McGraw-Hill 1993, ISBN 0-07-031622-8
2. Computer Architecture: Design and Performance, 2nd. ed.
Barry Wilkinson
Prentice Hall 1996, ISBN 0-13-518200-X
3. High-Performance Computer Architecture, 3rd. ed.
Harold S. Stone
AddisonWesley 1993, ISBN 0-201-52688-3
Prefácio
Esse material foi preparado para a disciplina EA960, Organização de Computadores, que é oferecida
pela FEEC/UNICAMP no segundo semestre de cada ano. O material foi elaborado para ser um
complemento ao livro-texto, podendo ser encarado como um guia pré-leitura do livro-texto e como
uma referência inicial de leitura.
A ênfase da disciplina está voltadapara arquiteturas de alto desempenho. Desse modo, essa não é
uma disciplina sobre hardware ou sobre software especificamente, mas sim sobre arquiteturas. Há
várias definições para o termo “arquitetura de computadores”:
_ Estrutura e comportamento de computadores digitais (Hayes [6])
_ Estrutura de módulos como eles estão organizados em um sistema computacional (Stone [10])
_ Natureza decertas propriedades lógicas e abstratas de computadores, assim como a disciplina
envolvida no projeto destas propriedades (Dasgupta)
_ A interface entre o hardware de um computador e seu software (Goodman e Miller [5])
_ O conjunto de tipos de dados, operações e características dos diversos níveis de projeto de um
computador (Tanenbaum [11])
_ A arte de fazer uma especificação [de computador] queirá viver ao longo de várias gerações
de tecnologia (Baron e Higbie [1])
_ O estudo de arquiteturas de conjuntos de instruções (requisitos de programação/software) e
organizações de implementação de máquinas (hardware) (Hwang [7])
_ O conceito sistêmico da integração de hardware, software, algoritmos e linguagens para realizar
grandes computações (Hwang e Briggs [8])
Em resumo, a disciplinade arquitetura de computadores pode ser vista como o estudo, projeto
e análise de sistemas computacionais digitais considerando suas características funcionais e o interrelacionamento
(a estrutura) de seus componentes.
Quando se trata de arquiteturas de alto desempenho, a ênfase está nos módulos e estruturas que
permitem agilizar a velocidade de processamento, tais como processadores RISC,pipelines, memória
cache e multiprocessadores. A compreensão sobre essas técnicas e módulos é fundamental para a
efetiva utilização de sistemas computacionais modernos.
ii
Sumário
1 Introdução à organização de computadores 1
1.1 Primórdios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 PrimeirosComputadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....
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