Arquitetura e Organização de Computadores

Ementa

• Visão geral da arquitetura de Von Neumann;
• Linguagem de montagem;
• Estruturas de conexão entre processador, memória e E/S;
• Hierarquia de memória:
  • Cache;
  • Memória principal;
  • Memória secundária.
• Interação com o sistema operacional;
• Desempenho na computação:
  • Métricas e seu relacionamento;
  • Benchmarks.
• Arquitetura do conjunto de instruções:
  • Registradores;
  • Tipos de dados;
  • Tipos de instruções;
  • Representação de instruções;
  • Modos de endereçamento;
  • Procedimentos e manipulação da pilha;
  • RISC x CISC.
• Unidade central de processamento:
• Unidade de controle e caminho de dados:
• Arquiteturas paralelas:
  • Taxonomia de arquiteturas paralelas;
  • Redes de conexão;
  • Multiprocessadores simétricos – SMP;
  • Máquinas Numa;
  • Coerência de cache com múltiplos processadores;
  • Clusters;
  • Processadores vetoriais;
  • Processadores matriciais.

Objetivos

• Capacitar o aluno a compreender o hardware de um sistema computacional e seus vários módulos, desenvolvendo uma visão crítica sobre os requisitos de desempenho associados e adquirir habilidade de programação em linguagem de baixo nível (assembly).

• Apresentar uma Visão geral da arquitetura de Von Neumann
• Compreender as estruturas de conexão entre processador, memória e E/S
• Compreender a hierarquia de memória e o seu funcionamento
• Estudar métricas e o desempenho de um sistema computacional
• Compreender os conceitos fundamentais da arquitetura do conjunto de instruções:
  • Registradores
  • Tipos de dados
  • Tipos de instruções
  • Representação de instruções
  • Modo de endereçamento
  • Procedimentos e manipulação da pilha
• Estudar as principais partes de um computador
• Entender a diferença entre arquitetura Risc e Cisc
• Compreender o funcionamento da Unidade Central de Processamento e seus componentes
• Estudar arquiteturas paralelas e suas principais características
• Estudar a linguagem de máquina

Programa

• Máquinas multinível
• Componentes do computador
• Modelo de Von Neumann
• Conceituação, funcionamento e descrição dos componentes
• Modelo de barramento de sistemas
  • barramentos de dados
  • controle e endereços
  • evolução da arquitetura dos computadores

• Conjunto de instruções e modos de endereçamento
• Operações e operandos no hardware do computador
• Representação de instruções de máquina
• Operações lógicas e aritméticas
• Instruções para tomada de decisões
• Modos de endereçamento
• Introdução ao funcionamento dos compiladores
• Programação em linguagem de montagem (assembly)
• Exemplos nas arquiteturas MIPS e IA-32

• Desempenho da UCP e seus fatores
• Avaliando o desempenho
• Benchmarks para avaliação de desempenho

• Convenções lógicas de projeto
• Implementação de caminho de dados de ciclo único e multiciclo
• Tratamento de exceções
• Projeto da unidade de controle
• Microprogramação na unidade de controle

• Conceitos de pipelining
• Hazards de dados e encaminhamento
• Hazards de dados e stalls
• Pipelining avançado

• Princípios básicos de cache
• Medindo e melhorando o desempenho da cache
• Memória virtual
• Exemplos de hierarquias de memória virtual

• Armazenamento e confiabilidade
• Barramentos e outras conexões entre processadores
• Memória e dispositivos de E/S
• Técnicas de Entrada e Saída (E/S)
• Comunicação serial e paralela
• Medidas de desempenho de E/S

• Taxonomia de computadores paralelos
• Computação em memória compartilhada e distribuída
• Desempenho em sistemas paralelos

Avaliação

• Primeiro Seminário (S1): 22/03/2023 (10 Pontos);
• Primeira Prova Teórica (P1): 29/03/2023 (20 Pontos);
• Segundo Seminário (S2): 25/04/2023 (10 Pontos);
• Segunda Prova Teórica (P2): 03/05/2023 (20 Pontos);
• Terceiro Seminário (S3): 31/05/2023 (10 Pontos);
• Terceira Prova Teórica (P3): 07/06/2023 (20 Pontos)
• Participação nas Aulas presenciais: 10 Pontos
• Recuperação (20/06/2023): A recuperação substitui uma das provas, a escolha do aluno. Todo aluno que atingir a frequência mínima de 75% e nota inferior à 60% está elegível para a recuperação.

Bibliografia

HENNESSY, J. L.; PATTERSON, D. A. Arquitetura de computadores: uma abordagem quantitativa. 4. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2008.

TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores. 5. ed. [S. l]: Prentice- Hall Brasil, 2007.

HENNESSY, J. L.; PATTERSON, D. A. Organização e Projeto de Computadores: A Interface Hardware/Software. 3. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2005.

DELGADO, J; RIBEIRO, C. Arquitetura de computadores. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores. 5. ed. São Paulo: Prentice- Hall Brasil, 2010.

MONTEIRO, M. A. Introdução à organização de computadores. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores: projeto para o desempenho. 5. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2002.

WEBER, R. F. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. 3. ed. Porto Alegre: Sagra-Luzzatto, 2012.

Quartas-Feiras / Sextas-Feiras

28/02/2023 - Aulas 1 e 2: Máquinas multinível e componentes do computador.

01/03/2023 - Aulas 3 e 4: Modelo de Von Neumann e conceituação, funcionamento e descrição dos componentes.

14/03/2023 - Aulas 5 e 6: Modelo de barramento de sistemas e evolução da arquitetura dos computadores.

15/03/2023 - Aulas 7 e 8: Barramentos de dados, controle e endereços.

21/03/2023 - Aulas 9 e 10: Primeiro Seminário (S1 - 10 pontos).

22/03/2023 - Aulas 11: Conjunto de instruções e modos de endereçamento.

22/03/2023 - Aulas 12: Operações e operandos no hardware do computador.

28/03/2023 - Aulas 13 e 14: Representação de instruções de máquina.

29/03/2023 - Aulas 15: Operações lógicas e aritméticas e instruções para tomada de decisões.

29/03/2023 - Aulas 16: Modos de endereçamento e introdução ao funcionamento dos compiladores.

04/04/2023 - Aulas 17 e 18: Programação em linguagem de montagem (assembly) e exemplos nas arquiteturas MIPS e IA-32.

05/04/2023 - Aulas 19 e 20: Primeira Prova Teórica (P1 - 20 pontos).

11/04/2023 - Aulas 21 e 22: Desempenho da UCP e seus fatores.

12/04/2023 - Aulas 23 e 24: Avaliando o desempenho e benchmarks para avaliação de desempenho.

18 e 19/04/2023 - Aulas 25 a 28: Segundo Seminário (S2 - 10 pontos).

25/04/2023 - Aulas 29 e 30: Convenções lógicas de projeto e Implementação de caminho de dados de ciclo único e multiciclo.

26/04/2023 - Aulas 31 e 32: Tratamento de exceções e Projeto da unidade de controle.

02/05/2023 - Aulas 33 e 34: Microprogramação na unidade de controle e Conceitos de pipelining.

03/05/2023 - Aulas 35 e 36: Segunda Prova Teórica (P2 - 20 pontos).

09/05/2023 - Aulas 37 e 38: Conceitos de pipelining e Hazards de dados e encaminhamento.

10/05/2023 - Aulas 39 e 40: Hazards de dados e stalls e Pipelining avançado.

16/05/2023 - Aulas 41 e 42: Princípios básicos de cache e Medindo e melhorando o desempenho da cache.

17/05/2023 - Aulas 43 e 44: Memória virtual e Exemplos de hierarquias de memória virtual.

23/05/2023 - Aulas 45 e 46: Armazenamento e confiabilidade e Barramentos e outras conexões entre processadores.

24/05/2023 - Aulas 47 e 48: Memória e dispositivos de E/S e Técnicas de Entrada e Saída (E/S).

30/05/2023 - Aulas 49 e 50: Taxonomia de computadores paralelos e Computação em memória compartilhada e distribuída.

31/05/2023 - Aulas 51 e 52: Desempenho em sistemas paralelos.

06,07 e 13/06/2023 - Aulas 53 a 48: Terceiro Seminário (S3 - 10 Pontos).

14/06/2023 - Aulas 59 e 60: Terceira Prova (P3 - 20 Pontos).

E-mail Institucional

Prof. Silvio E. Quincozes
sequincozes@ufu.br

Site Pessoal

Prof. Silvio E. Quincozes
https://www.facom.ufu.br/~sequincozes/