Resenha Arquitetura e Organização de Computadores

Computador Descomplicado

Frederico Gérald de Freitas Diniz Rufino

Referência: STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. Pearson, 10ªed, 2017. 

Dados sobre o autor: William Stallings é um engenheiro elétrico com doutorado em ciência da computação do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Outras obras publicadas por ele: Computadores com Conjuntos de Instruções Reduzido (1986), Gerenciamento de Rede (1993), Curso Técnico - Redes Locais (1994).

Dados sobre a obra: a obra trata sobre as principais mudanças, inovações e melhorias na área de computação por meio de uma abordagem ampla e abrangente da área de arquitetura de computadores, também promove uma profunda reflexão sobre os fundamentos da área, estabelecendo relações com questões contemporâneas de design computacional.

Resumo: No livro, Arquitetura e Organização de Computadores, o autor examina a arquitetura e organização dos computadores, dando uma ênfase, um pouco mais voltada para o lado da organização.  

O livro dá início ao conteúdo a ser abordado, através de uma explicação sobre o conceito de arquitetura de um computador, correlacionando-o com arquitetura de conjunto de instrução, além de trazer a definição de organização de computadores.

Para exemplificar o significado, o autor cita: “é uma questão de projeto de arquitetura se um computador terá uma instrução de multiplicação.”, onde, também, aborda a distinção entre arquitetura e organização.

        Por meio da IBM System/370, o autor demonstra como funciona a divergência na organização e arquitetura de computadores na pratica, onde pode se criar modelos parecidos, com arquiteturas idênticas e organizações diferentes.

        Os computadores são formados por milhões de componentes eletrônicos e, como citado no livro, para que se possa descrever e entender seu funcionamento, necessita-se o separar em subsistemas hierárquicos, onde se examina em partes as estruturas e funções.

        Ao se tratar de funções, uma forma simples de explicar de que se trata é dizer que: é a operação individual de cada componente. As funções são apenas quatro as possíveis apresentáveis em relação a um computador, que são: processamento de dados, armazenamento de dados, movimentação de dados e controle.

        Já em caso da estrutura interna de um computador, encontra-se um pouco mais de definições. Computador simples com um único processador é uma delas, onde o computador, contendo apenas um processador realiza a comunicação entre a CPU (unidade central de processamento), a qual funciona de certa forma, simplificadamente explicada, fazendo uma comunicação entre Registradores, Barramento interno e Unidade de controle, que ainda se comunica entre logica de sequência, memória de controle e registradores de unidade de controle e codificadores, e a Memória principal e Barramento do sistema. Ainda deve se citar as estruturas de computador multicore, onde múltiplos processadores presentes em único chip se comunica com o computador. A explicação do funcionamento de um computador multicore é um pouco mais complexa, em relação a um computador com um único processador. Neste caso as informações entre o processador e os outros componentes ocorre do mesmo jeito, porém dentro do chip de processamento as tarefas são divididas entre os cores e intermediadas através do cache.

        Cada core contem três elementos funcionais, os quais são: Lógica de instrução, Unidade lógica e aritmética e lógica de load/store e, ainda, contendo um cache.

        O livro, com o intuito de demonstrar de uma melhor forma a comunicação presente em uma estrutura computacional, apresenta uma imagem de uma placa mãe com dois processadores e explica com o apoio da imagem de uma melhor forma.

Já em relação a estrutura interna de um core, o livro discorre explicando cada processo e as principais subáreas onde os mesmos ocorrem, entre elas encontra-se a unidade de sequência de instrução, unidade de busca de instrução, unidade de decodificação de instrução, entre outras.

        Em suas páginas seguintes o autor se dedica a explicar um pouco sobre a história do computador e alguns conceitos básicos. A início destes conceitos o autor comenta sobre válvulas, onde, para a criação de elementos lógicos foram utilizadas válvulas na primeira geração de computadores e, como exemplo, ele utiliza o computador IAS, um famoso computador da primeira geração. Deste computador, no livro, é mostrada sua estrutura, onde se encontra uma estrutura parecida com as atuais em vários aspectos. Cintando sobre a estrutura mostrada, o autor trata ainda sobre a proposta que foi utilizada para a criação da mesma, a proposta de von Neumann, onde é exposto alguns pontos de sua proposta.

        Em relação a memória do IAS, como dito no livro: “consiste em 4096 locais de armazenamento, chamados de palavra. de 40 dígitos binários (bits) cada”.

O IAS opera executando um ciclo de instrução e cada ciclo de instrução ainda conta com dois subciclos. No total são cerca de 21 instruções, as quais são agrupadas em transferência de dados, saltos incondicionais, saltos condicionais, aritmética e Modificação do endereço.

        Para demonstrar o ciclo de instruções o autor anexa um diagrama de bloco contendo simulações de instruções.

Como exemplo de instruções do computador IAS, o livro conta com uma tabela onde se encontra as 21 instruções citadas anteriormente.

        Outro passo importante na história dos computadores, foi a criação do transistor em 1947. Graças a tal invenção, ao final da década de 1950 computadores totalmente transistorizados começaram a se comercializados. Sua utilização (transistor) marcou o início da segunda geração de computadores.

        

Como exemplo da segunda geração, o livro utiliza da série 700 da IBM, mais especificadamente, o IBM 7094. Durante o tempo de vida útil desta série de computador, a velocidade relativa da CPU aumentou por um fator de 50. Os aumentos obtidos se devem ao fato de melhoria de dispositivos eletrônicos utilizados.

        É mostrado uma imagem referente a configuração de um IBM 7094, onde se encontra diferenças, como dito no livro, “dignas de nota” em relação ao IAS. Uma grande mudança é na execução de dados, onde nem todos os dados são executados pelo processador principal, algumas são armazenadas pela memória e executadas por um processador próprio da mesma.

Dito sobre a primeira e a segunda geração de computadores, é hora de entrar na terceira geração. Geração marcada pela microeletrônica, já que, graças a ela, os computadores puderam dar grandes avanços, os quais estavam sendo complicados por conta da grande demanda de transistor a ser fabricados e utilizados em uma única máquina.