Programa de Ensino 20082
Aprovado pelo Departamento em: 25-6-2008
- Identificação:
- Disciplina: INE5366 - Arquitetura de Computadores I (b2)
- Carga horária: 72 horas-aula
Teóricas: 72
Práticas: 0
- Período:
Início da oferta da disciplina até a presente data
- Curso(s):
- Ciências da Computação (208)
- Requisito(s):
- Ciências da Computação (208)
- EEL5310 - Sistemas Digitais
- Ementa:
- Noções de organização interna de computadores: unidade central de processamento, memória, entrada/saida. Organização da unidade de processamento:unidade aritmética e lógica, unidade aritmética em ponto flutuante. Organização da unidade de controle: hardware fixo e microprogramação. Linguagem de máquina. Modos de endereçamento. Tipos de operações. hierarquia e gerenciamento de memória. Subsistemas de entrada/saida. Mecanismos de aceleração. Processadores RISC. Arquiteturas especiais.
- Objetivo(s):
- Geral: Apresentar a interação entre hardware e software, delineando a interface entre o hardware, o compilador e o sistema operacional, além de introduzir noções quantitativas quanto ao impacto do hardware no desempenho de programas.
- Específicos:
- Descrever o suporte de hardware necessário à execução de programas.
- Apresentar os conceitos fundamentais de um computador em termos de seus componentes básicos (processador, sistema de memória e dispositivos de entrada e saída) abstraindo-se da implementação física.
- Mostrar ao aluno exemplos reais e contemporâneos desses componentes básicos.
- Conteúdo Programático:
- ORGANIZAÇÃO DE UM COMPUTADOR [5 horas-aula]
- Componentes básicos de um computador.
- O papel da tecnologia de circuitos integrados no projeto de um computador.
- Tendências tecnológicas na construção de computadores.
- DESEMPENHO EM UM COMPUTADOR [7 horas-aula]
- Medida e métrica de desempenho.
- Programas para avaliação de desempenho (“benchmarks”).
- Formas de comparação de desempenho.
- Exemplo real de comparação de desempenho
- O CONJUNTO DE INSTRUÇÕES DE UM COMPUTADOR [13 horas-aula]
- Suporte para operações em HW.
- Suporte para operandos em HW.
- Representação de instruções.
- Instruções aritméticas e lógicas.
- Instruções para tomadas de decisão.
- Suporte para procedimentos.
- Modos de endereçamento.
- Papéis do compilador, assembler, ligador e carregador.
- Exemplos de tradução de linguagem de alto nível em assembly.
- Exemplo real: instruções IA-32.
- ARITMÉTICA INTEIRA [3 horas-aula]
- Representação em ponto fixo.
- Adição e subtração.
- Overflow e extensão de sinal.
- O PROCESSADOR: UNIDADES DE PROCESSAMENTO E CONTROLE [13 horas-aula]
- Estrutura de uma unidade de processamento (UP).
- Exemplo de implementação mono-ciclo de uma UP.
- Exemplo de implementação de uma UP com múltiplos ciclos.
- Unidade de controle (UC) microprogramada.
- Tratamento de exceções.
- Exemplo real: organização de CPUs IA-32 recentes.
- ACELERAÇÃO COM TÉCNICAS DE “PIPELINING” [11 horas-aula]
- Hazards estruturais, de dados e de controle.
- Impacto dos hazards no desempenho.
- Organização de uma UP com pipeline e respectiva unidade de controle.
- Técnicas avançadas de pipelining: despacho múltiplo, especulação, escalonamento dinâmico.
- Exemplo real: o pipeline de uma CPU IA-32 recente.
- GERENCIAMENTO DE MEMÓRIA [11 horas-aula]
- A estrutura hierárquica de memória.
- Memórias cache: associatividade e múltiplos níveis.
- Memória virtual e suporte de HW para tradução de endereços (TLB).
- DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA (E/S) [9 horas-aula]
- Tipos e características de dispositivos de E/S.
- Conexão de dispositivos de E/S com processador e memória.
- Interfaceamento de dispositivos de E/S com a memória, o processador e o sistema operacional (polling, via interrupção, DMA).
- Exemplo real: sistema embarcado
- Bibliografia Básica:
- David A. Patterson and John L. Hennessy, “Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface”, 3rd edition, Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, California, USA, 2007.
- Bibliografia Complementar:
- John L. Hennessy and David A. Patterson, “Computer Architecture: A Quantitative Approach”, 4th edition, Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, California, 2003.