SSC304 Introdução à Programação Para Engenharias

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São Carlos - 2018

Universidade de São Paulo

Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação Departamento de Sistemas de Computação

SSC304

Introdução à Programação Para Engenharias

Prof.Dr. Danilo Spatti

Estrutura de um Computador

GE4 Bio

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SSC304

Programação

2 _{Evolução Tecnológica do Computador}

▪ É uma invenção

sem

inventor.

▪ Aperfeiçoamento

constante

de ideias

anteriores.

▪ O termo

computador

era associado a

um profissional capaz de fazer contas

mais complexas e com

extrema

velocidade

.

▪ Filme “Estrelas Além do Tempo”

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SSC304

Programação

▪ Primeiros dispositivos eram mecânicos.

▪ 1642/1647: primeira calculadora mecânica (Pascal) ▪ 1671/1673: calculadora mecânica com +, -, *, /

(Leibniz)

▪ 1750: Início da Revolução Industrial

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SSC304

Programação

▪ Época dos dispositivos valvulados.

▪ ENIAC: desenvolvido para fins militares.

➢ 18mil válvulas, 1500 relés, 30 toneladas, 140 kW. ➢ 20 registradores de 10 dígitos decimais cada.

➢ Programação por hardware (chaves e soquetes).

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Programação

▪ Máquina de John von Neumann.

▪ Modelo que persiste até os dias atuais quando do projeto de dispositivos computacionais.

Primeira Geração (1945-1955) Memória Unidade Lógica Aritmética Unidade de Controle Entrada Saída Acumulador

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Programação

▪ Época dos transistores.

▪ PDP1: universidades e centros de pesquisa.

➢ US$ 120.000, 4K palavras de 18 bits, Clock de 200 kHz e vídeo.

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SSC304

Programação

▪ Era dos circuitos integrados.

▪ Múltiplos transistores encapsulados em uma única pastilha, conceito de LSI.

▪ LSI (Large Scale Integration) – mil transistores por

chip.

▪ Custo reduziu significativamente.

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SSC304

Programação

▪ Integração em

larga escala

.

▪ Popularização dos PCs e da Lei de

Moore

.

▪ VLSI (Very Large Scale Integration).

▪ 100 mil transistores por chip.

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SSC304

Programação

▪ Integração em ultra

larga escala.

▪ ULSI (Ultra Large Scale Integration).

▪ Bilhões de transistores por chip.

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SSC304

Programação

▪ Intel

➢ 4004, 8008, 8080, 8085, 8086, 8088, 80186, 80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX,

Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Pentium M, Pentium D, Pentium Dual Core, Core 2 Duo, Core 2 Quad, i3, i5, i7, i9...

▪ AMD

➢ x86, K6, Athlon, Duron, Turion, Sempron, Ryzen...

▪ Motorola ➢ 68000. ▪ Zilog ➢ Z80, Z8000. ▪ Texas Instruments ➢ TMS9900. Processadores Comerciais

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SSC304

Programação

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SSC304

Programação

▪ Custo: geralmente avaliado em termos de quantidade de pinos ou área de chip.

▪ Clock: velocidade efetiva do processador

numérico.

▪ Cache: tamanho de registradores encapsulados

ao processador.

▪ Instruções e operações

▪ IPS – Instruções com números inteiros / segundo.

▪ FLOPS – Operações de ponto flutuante / segundo.

▪ T/S – Transferências efetivas / segundo.

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SSC304

Programação

13 _Comparativo

▪ Microprocessador:

➢ Implementado em um único componente, mas com memória, entradas e saídas externas.

➢ Comportamento no tempo é determinado por um programa externo colocado em memória.

➢ Grande desempenho.

▪ Microcontrolador

➢ CPU, memória, entradas e saídas integradas em um único componente.

➢ Programa e dados são alocados em memória interna

ao microcontrolador.

➢ Desempenho inferior ao microprocessador.

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SSC304

Programação

14 _Comparativo

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SSC304

Programação

15 _Comparativo

▪ CISC (Complex Instruction Set Computing):

➢ Grande conjunto de instruções (centenas) .

➢ Armazenadas em memória não-volátil interna ao processador.

➢ Quanto mais complexa a operação, mais

microinstruções ela possuirá e mais tempo levará para ser executada.

▪ RISC (Reduced Instruction Set Computing)

➢ Conjunto pequeno de instruções (dezenas) implementadas diretamente em hardware. ➢ Realização mais rápida das instruções.

➢ Instruções são muito simples e para a realização de certas tarefas são necessárias mais instruções que no modelo CISC.

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SSC304

Programação

16 _{Estrutura de um Computador}

Composição (I)

Memória

Unidade Central de Processamento

Unidade de Entrada Unidade de Saída Arquitetura Interna

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SSC304 Programação 17 _{Estrutura de um Computador} Composição (II) Memória Unid. Lógica e de Aritmética

Unidade Central de Processamento

Unidade de Entrada

Unidade de Saída

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SSC304 Programação 18 _{Estrutura de um Computador} Composição (III) Memória Unidade de Entrada Unidade de Saída Unid. Lógica e de Aritmética Unidade Central de Processamento

(19)

SSC304 Programação 19 _{Estrutura de um Computador} Composição (IV) Memória Unidade de Entrada Unidade de Saída Unid. Lógica e de Aritmética

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SSC304

Programação

20 _{Linguagens de Programação}

▪ As instruções são fornecidas a partir de um conjunto de cadeias ou dígitos binários.

▪ Parte da instrução representa a operação e o restante é o endereço do dado onde será

realizada a operação. ▪ 100110101₂

Linguagem de Máquina (I)

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SSC304

Programação

Linguagem de Máquina (II)

▪ Um dígito binário é

chamado de bit (BInary digiT).

▪ O bit mais significativo é chamado de MSB (most significant bit) e o menos significativo de LSB

(least significant bit). ▪ Nibble – 4 dígitos

binários

▪ Byte – 8 dígitos binários

Decimal Pesos 22 21 20 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 MSB LSB

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SSC304

Programação

▪ As instruções são fornecidas a partir de um conjunto de cadeias ou dígitos binários.

▪ Grande dificuldade de compreensão e

desenvolvimento de programas para a maioria.

Linguagem de Máquina (III)

Código de

Operação Significado

00100000 _Carregue_{: copie no acumulador o} conteúdo da palavra endereçada

01001100 _Armazene_{: copie na palavra endereçada o} valor do acumulador

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SSC304

Programação

▪ Um código especial é definido para cada uma das operações da máquina

▪ Instrução alfanumérica

▪ Linguagem mais próxima do nível do hardware ▪ Assembly

Linguagem de Montagem (I)

Código de Operação Significado

MOV(destino, fonte) _{Copia o conteúdo do operando fonte para o} operando destino

ADD (destino, fonte) Executa a adição direta entre dois operandos, o fonte e o destino

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SSC304

Programação

▪ Montador: Traduz as instruções

simbólicas

.

▪ Para cada processador há uma relação

direta

entre a linguagem de

montagem

e a

linguagem

de máquina.

▪ Código não é

portável

.

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SSC304

Programação

▪ Em meados de

1950

apareceram as

primeiras linguagens de programação de

alto nível

.

▪ Alto nível: nível mais

distante

das

características do

hardware

.

▪ Exemplos: FORTRAN (“FORmula

TRANSlation

system”) e Matlab (Matrix

LABoratory).

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SSC304

Programação

▪ Podem ser compiladas ou interpretadas:

▪ Compiladas

não necessitam

do

compilador

após o processo de criação

do software.

▪ Interpretadas

necessitam

do

compilador

(interpretador) após a criação do

software.

▪ Linguagens de alto nível requerem uma

forma mais

sofisticada

de

tradução

.

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SSC304

Programação

▪ Tempo necessário para realizar a

conversão

do programa

fonte

em programa

objeto

.

Linguagem de Alto Nível (III)

Programa Fonte Compilação Programa Objeto Execução Saída do Programa

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SSC304

Programação

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SSC304

Programação

29 _{Considerações}

▪ Para um

iniciante

, mesmo a linguagem de

alto nível pode ser

complexa

.

▪ A linguagem é dirigida a orientar uma

máquina

e não

pessoas

.

▪ Não escolhe

alternativas

.

▪ Não pode

corrigir

comandos

mal redigidos

.

▪ Não consegue tomar

decisões

baseadas no

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SSC304

Programação

30 _Fim

spatti@icmc.usp.br