Clique aqui para todas as aulas gravadas.

Tdodas as informações desta página também estão disponíveis na E-Disciplinas USP (procure "MAC0344").

Avisos:

Notas da Recuperação - 2.a Avaliação.

Recuperação:

Alunos com nota de aproveitamento na 1.a avaliação menor que cinco e não inferior a três e com frequência de pelo menos 70% podem fazer recuperação.

A recuperação consiste em completar ou algumas listas de exercícios não feitas ainda, ou completar a monografia ou, se quiser, entregar tanto listas de exercíos como a monografia. A nota da 2.a avaliação segue a mesma fórmula da 1.a avaliação. O prazo para entrega de exercícos e/ou monografia é dia 4 de março de 2022.

Gravação (vídeo mp4) da última aula

MAC0344 Vídeo da Aula 28 - Introdução a arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer): motivação e características de arquitetura RISC.

Para os vídeos das outras aulas e os assuntos tratados, clique aqui.

Para um vídeo sobre o contéudo da disciplina, clique em Apresentação da disciplina MAC0344 e informações.

Como serão as aulas?

• As aulas serão online síncronas, usando Google Meet (com gravação em vídeo, disponível nesta página e na E-Disciplinas), dadas no horário:
  • Terça feira: 8:00-9:40
  • Quinta feira: 10:00-11:40
• Dois links permanentes para acesso a Google Meet são criados: um link permanente para as aulas das terças-feiras e um outro link permanente para as aulas das quintas-feiras.
• Cada aula consiste de uma apresentação do conteúdo. Haverá depois uma discussão e esclarecimento de eventuais dúvidas. Nessa parte, usaremos chat ou, se houver poucos alunos, áudio. Perguntas e discussões são encorajadas e enriquecem a aula.
• Todos os slides usados já se encontram clicando aqui.
• Não será ``passada lista de presença''. Recomendo a Vocês assistirem e participarem da aula online, sempre que possível. Se não, procurem acompanhar a matéria pelas gravações e mandem dúvidas por email.
• Mande dúvidas e discussões por email. Não hesitem em me contactar: Email: song@ime.usp.br

Como será a avaliação?

• Uma monografia (individual ou em grupo de até 3): nota M

  Informações sobre como será a Monografia a ser feita por vocês.

  Prazos:

  • Prazo: até 20 de outubro: Informe-me por email os nomes da equipe (pode ser só você) e o tema, assim que definir. Assim posso acompanhar quem já iniciou.
  • Prazo de entrega: final do semestre letivo. Comece mais cedo para poder ter tempo para fazer um bom trabalho.

• Listas de exercícios: média E.

• Nota de aproveitamento final A = 0.4 E + 0.6 M

• Breve descrição da disciplina (.pdf 650 Kbytes)
• Apresentação da disciplina MAC0344 (.pdf 3.2 Mbytes)
• Informações sobre como será a Monografia e prazos (.pdf 24 Kbytes).
• Arquitetura de computadores - Introdução (.pdf 657 KBytes)
• História da evolução do computador - do ábaco ao Colossus, ENIAC ... Fugaku (.pdf 9.4 Mbytes)
• Evolução da computação de alto desempenho sob a ótica da lista TOP500 (.pdf 2.4 Mbytes).
• Tecnologia VLSI uma breve introdução (.pdf 3 Mbytes)
• Processo de fabricação VLSI e breve introdução a arrays sistólicos TPU (.pdf 2.9 Mbytes)
• Evolução do desempenho do processador (.pdf 1.6 Mbytes)
• Hierarquia de memória e memória cache. (.pdf 2 Mbytes)
• Vulnerabilidades Meltdown e Spectre (.pdf 1 Mbytes)
• Dia da Ada Lovelace (.pdf 888 Kbytes).
• Memória interna e Código de Hamming (.pdf 1.4 Mbytes)
• Memória externa (.pdf 1.1 Mbytes)
• Memória virtual - paginação e segmentação (.pdf 2.3 Mbytes)
• CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação (.pdf 3 Mbytes)
• Como escrever microprogramas eficientes (Exercício em classe)
• Interrupções (.pdf 631 Kbytes)
• Introdução a arquitetura RISC (.pdf 1 Mbytes)

Professor responsável: Siang Wun Song

Homepage do Prof. Siang: http://www.ime.usp.br/~song/index.html

Monitor da disciplina: Não há.

Disciplina oferecida: ao Bacharelado de Ciência da Computação - IME

Objetivos: Introduzir os conceitos de organização e arquitetura de computadores.

Ementa:
Conceitos básicos de arquitetura. Histórico dos computadores e gerações. Desempenho: pipeline, RISC, instruções superescalares, multicore. Memória cache, tipos e implementações. Estrutura interna da memória: DRAM, SDRAM, Flash, correções de erros. Memória externa: disco magnéticos, estado sólido, discos óicos, RAID. Paginação e segmentação, TLBs, memória virtual. Instruções de máquina, RISC e CISC, execução fora de ordem, modos de endereçamento, interrupçõs e proteção.

Bibliografia:

• Em cada aula slides (pdf) estarão disponibilizados.
• William Stallings. Computer Organization and Architecture. Pearson.
• Andrew Tanenbaum. Structured Computer Organization. Prentice Hall.
• Artigos diversos.

. Para informações sobre prazos de matrículas, trancamento, dias sem aula, etc. veja o

Calendário da Graduação para 2021.

Exercícios:

Não há prazo para entrega(*). Mas recomendo fazer logo que é passado o exercício.

(*) Obs: Encerrado o semestre letivo, não serão aceitas entregas de exercícios e monografias.

• Lista de Exercícios No. 1
• Lista de Exercícios No. 2
• Lista de Exercícios No. 3
• Lista de Exercícios No. 4
• Lista de Exercícios No. 5

Curiosidades e links úteis sobre assuntos relacionados com nosso curso:

Para ver o que foi dado no ano passado (2020), consulte http://www.ime.usp.br/~song/mac0344-2020.html.

Aula 1 (17/08/2021): Breve descrição da disciplina (.pdf 650 Kbytes) : ementa, bibliografia, material didático, cálculo da média de aproveitamento, etc. Apresentação do conteúdo da disciplina (.pdf 3.2 Mbytes) . Informações sobre a monografia e prazos (.pdf 24 Kbytes) . Arquitetura e organização de computadores - Introdução (.pdf 657 KBytes): Explicar a diferença entre arquitetura e organização.

MAC0344 Vídeo da Aula 01 - Descrição da disciplina - Informações sobre a monografia - Diferença entre Arquitetura e Organização de Computadores. (em mp4).

Aula 2 (19/08/2021): Arquitetura e organização de computadores - Introdução : continuação - explicar estrutura e função dos componentes de um computador. História da evolução do computador (.pdf 9.4 Mbytes): Ábaco, régua de cálculo, computaadores mecânicos, computadores da primeira geração (válvulas): Colossus, ENIAC etc.

MAC0344 Vídeo da Aula 02 - Estrutura e função de cada componente de um computador. História da evolução do computador (em mp4).

Aula 3 (24/08/2021): História da evolução do computador - continuação: Segunda geração - transistor, Primeiro computador na USP e a criação do Centro de Cálculo Numérico CCN com suas contribuições, Terceira geração - VLSI, ciclo de relógio e frequência, Supercomputador Sunway, Supercomputador Fugaku.

MAC0344 Vídeo da Aula 03 Parte 1.

MAC0344 Vídeo da Aula 03 Parte 2. História da evolução do computador - (em mp4).

Aula 4 (26/08/2021): Evolução da computação de alto desempenho sob a ótica da lista TOP500 (.pdf 2.4 Mbytes). A última lista completa TOP500 de junho/2021 (.html) está disponível. Passar a lista de exercício número 1.

MAC0344 Vídeo da Aula 04 - Evolução da computação de alto desempenho sob a ótica da lista TOP500 (em mp4).

Aula 5 (31/08/2021): Introdução a tecnologia VLSI (circuitos integrados) (.pdf 3 Mbytes) Motivação da importância da tecnologia de microeletrônica ou VLSI: o transistor MOS é a base para construir portas lógicas minúsculas, que são as unidades básicas (tijolos) para construir circuitos lógicos digitais. Mostrar o princípio de funcionamento de um transistor MOS: ele pode funcionar como uma chave abre-fecha e também para armazenamento (com carga 1 ou sem carga 0). Veremos que o transistor MOS pode ainda funcionar como uma resistência.

MAC0344 Vídeo da Aula 05 - Introdução a tecnologia VLSI (circuitos integrados) (em mp4).

Aula 6 (2/09/2021): Introdução a tecnologia VLSI (circuitos integrados) - Continuação Um transistor em estado de condução (deixando passar corrente) apresenta uma pequena resistência que é diretamente proporcional ao comprimento L e inversamente proporcional à largura W. Mostrar como podemos usar dois transistores MOS para construir uma porta NOT.

MAC0344 Vídeo da Aula 06 - Introdução a tecnologia VLSI (circuitos integrados) - continuação: Transistor MOS como resistor, porta inversora NOT (em mp4).

Aula 7 (9/09/2021): Introdução a tecnologia VLSI (circuitos integrados) - Continuação. Uma vez conhecida a porta NOT, é fácil mostrar o funcionamento das portas NOR e NAND. Mostrar o uso de portas NOR ou NAND para produzir qualquer função booleana. Exemplo de projetos VLSI: multiplexador 4 para 1. Relógio de duas fases. Estado-de-Arte da tecnologia VLSI: tecnologia de 7 nanômetros. Quando teremos a tecnologia de 5 nanômetros? Passar a lista de exercícios 2.

MAC0344 Vídeo da Aula 07 - Introdução a tecnologia VLSI (circuitos integrados): Porta NAND, porta NOR, transistor de passagem, relógio de duas fases. Passar a Lista 2. (em mp4).

Aula 8 (16/09/2021): Concluir a aula passada: Estado-de-Arte da tecnologia VLSI: tecnologia de 7 nanômetros. Quando teremos a tecnologia de 5 nanômetros? Processo de fabricação VLSI e breve introdução a arrays sistólicos TPU (.pdf 2.9 Mbytes) Mostrar processo de fabricação de pastilhas VLSI NMOS. Uso de VLSI para projeto de ASICs (Application Specific Integrated Circuits). Arrays sistólicos e Google TPU (Tensor Processing Unit).

MAC0344 Vídeo da Aula 08 - Processo de fabricação de pastilhas VLSI NMOS. Uso de VLSI para projeto de ASICs (Application Specific Integrated Circuits). Arrays sistólicos e Google TPU (Tensor Processing Unit). (em mp4).

Aula 9 (21/09/2021): Evolução do desempenho do processador (.pdf 1.6 Mbytes). Diversas técnicas são adotadas para melhorar o desempenho do processador: pipelining, pré-busca de instruções, predicção de desvio, processador superescalar e análise de fluxo de dados, tipos de dependências: dependência verdadeira, anti-dependência, dependência de saída.

MAC0344 Vídeo da Aula 09 - Evolução do desempenho do processador: Diversas técnicas são adotadas para melhorar o desempenho do processador: pipelining, pré-busca de instruções, predicção de desvio, processador superescalar e análise de fluxo de dados, tipos de dependências: dependência verdadeira, anti-dependência, dependência de saída. (em mp4).

Aula 10 (23/09/2021): Evolução do desempenho do processador - Continuação. Anti-dependência e dependência de saída. Remoção da anti-dependência e dependência de saída. Algoritmo de Tomasulo. Passar a lista de exercícios 3.

MAC0344 Vídeo da Aula 10 - Evolução do desempenho do processador: Anti-dependência e dependência de saída. Remoção da anti-dependência e dependência de saída. Algoritmo de Tomasulo. Passar a lista de exercícios 3. (em mp4).

Aula 11 (28/09/2021): Evolução do desempenho do processador - Continuação. VLIW, processador multicore, predicção de desvio, execução especulativa. Computação paralela e a lei de Amdahl, paralelização de laços (loops) com dependência dentro da própria iteração do laço, com dependências que cruzam iterações.

MAC0344 Vídeo da Aula 11 - Evolução do desempenho do processador: VLIW, processador multicore, predicção de desvio, execução especulativa. Computação paralela e a lei de Amdahl, paralelização de laços (loops) com dependência dentro da própria iteração do laço, com dependências que cruzam iterações. (em mp4).

Aula 12 (30/09/2021): : Hierarquia de memória e memória cache. (.pdf 2 Mbytes) Hierarquia de memória: registradores, memória cache (L1, L2 e L3), memória principal (RAM), armazenamento secundário (disco e fita magnética), outros de armazenamento remotos (arquivos distribuidos, servidores web, nuvem). Memória cache, funções de mapeamento, mapeamento direto.

MAC0344 Vídeo da Aula 12 - Hierarquia de memória: registradores, memória cache (L1, L2 e L3), memória principal (RAM), armazenamento secundário (disco e fita magnética), outros de armazenamento remotos (arquivos distribuidos, servidores web, nuvem). Memória cache, funções de mapeamento, mapeamento direto. (em mp4).

Aula 13 (05/10/2021): Hierarquia de memória e memória cache - Continuação: Mapeamento direto e o fenômeno de thrashing. Mapeamento associativo, mapeamento associativo por conjunto, algoritmos de substituição na cache, algoritmo LRU, algoritmo pseudo-LRU, cache write-through e write-back.

MAC0344 Vídeo da Aula 13 - Mapeamento direto e o fenômeno de thrashing. Mapeamento associativo, mapeamento associativo por conjunto, algoritmos de substituição na cache, algoritmo LRU, algoritmo pseudo-LRU, cache write-through e write-back. (em mp4).

Aula 14 (07/10/2021): Dia da Ada Lovelace (.pdf 888 Kbyes): Uma breve apresentação sobre o Dia da Ada, comemorada na 2.a terça-feira de outubro. Vulnerabilidades Meltdown e Spectre. (.pdf 1 Mbytes). Exploram efeitos colaterais de algumas técnicas como execução especulativa, predicção de desvio e uso de memória cache para acessar memória do sistema e de outros usuários.

MAC0344 Vídeo da Aula 14 - Dia da Ada, comemorada na 2.a terça-feira de outubro. Vulnerabilidades Meltdown e Spectre: Exploram efeitos colaterais de algumas técnicas como execução especulativa, predicção de desvio e uso de memória cache para acessar memória do sistema e de outros usuários. (em mp4).

Aula 15 (14/10/2021): Memória interna e código de Hamming (.pdf 1.4 Mbytes). Memória dinâmica (DRAM) e memória estática (SRAM), ambas memória voláteis. Memória ROM. Implementação com NOR ou NAND.

MAC0344 Vídeo da Aula 15 - Memória dinâmica (DRAM) e memória estática (SRAM), ambas memória voláteis. Memória ROM. Implementação com NOR ou NAND. (em mp4).

Aula 16 (19/10/2021): Memória interna e código de Hamming - Continuação. Memória flash. Código de detecção de erro (usando bit paridade). Código de Hamming.

MAC0344 Vídeo da Aula 16 - Memória flash. Código de detecção de erro (usando bit paridade). Código de Hamming. (em mp4).

Aula 17 (21/10/2021): Memória interna e código de Hamming - Continuação. Código de correção de erro de um bit (Hamming). Ilustrar o caso de um dado de M=4 bits com K=3 bits adicionais. Deduzir o valor de K necessário para o caso geral de um dado de M bits. Mostrar o valor de K se M é potência de 2.

MAC0344 Vídeo da Aula 17 - Código de correção de erro de um bit (Hamming). Ilustrar o caso de um dado de M=4 bits com K=3 bits adicionais. Deduzir o valor de K necessário para o caso geral de um dado de M bits. Mostrar o valor de K se M é potência de 2. (em mp4).

Aula 18 (26/10/2021): Memória interna e código de Hamming - Continuação. Código de correção de erro de um bit (Hamming). Caso geral para formar um código de Hamming. Método de correção quando o código de Hamming lido tem um bit errado. Passar a lista de exercícios 4.

MAC0344 Vídeo da Aula 18 - Código de correção de erro de um bit (Hamming). Caso geral para formar um código de Hamming. Método de correção quando o código de Hamming lido tem um bit errado. Passar a lista de exercícios 4. (em mp4).

Aula 19 (28/10/2021): Memória interna e código de Hamming - Continuação. Dar um exemplo sobre como obter o código de Hamming, dados 7 bits de dados. Escolher um bit do código formado e fazer de conta que esse bit foi lido com erro. Mostrar como corrigir esse erro. Mostrar uma maneira simples mas engenhoso para usar o código de Hamming em comunicação de dados, podendo corrigir erros de um intervalo contíguo de bits errados.

MAC0344 Vídeo da Aula 19 - Dar um exemplo sobre como obter o código de Hamming, dados 7 bits de dados. Escolher um bit do código formado e fazer de conta que esse bit foi lido com erro. Mostrar como corrigir esse erro. Mostrar uma maneira simples mas engenhoso para usar o código de Hamming em comunicação de dados, podendo corrigir erros de um intervalo contíguo de bits errados.

Aula 20 (4/11/2021): Slides sobre memória externa (.pdf 1.1 Mbytes). Memória externa: disco magnético HD, organização em trilhas e setores, disco de cabeça móvel e cabeça fixa, seek time e latência rotacional, RAID ( Redundant Array of Independent Disks). SSD (Solid State Drive) e comparação SSD versus HD.

MAC0344 Vídeo da Aula 20 - Memória externa: disco magnético HD, organização em trilhas e setores, disco de cabeça móvel e cabeça fixa, seek time e latência rotacional, RAID ( Redundant Array of Independent Disks). SSD (Solid State Drive) e comparação SSD versus HD.

Aula 21 (9/11/2021): Memória virtual - paginação e segmentação (.pdf 2.3 Mbytes). Memória virtual: paginação e segmentação. Apoio de hardware ao Sistema Operacional, swapping, fragmentação da memória e compactação, endereço lógico e físico. Paginação: lista de blocos livres, tabela de páginas.

MAC0344 Vídeo da Aula 21 - Memória virtual: paginação e segmentação. Apoio de hardware ao Sistema Operacional, swapping, fragmentação da memória e compactação, endereço lógico e físico. Paginação: lista de blocos livres, tabela de páginas.

Aula 22 (11/11/2021): Slides sobre memória virtual - Continuação. Paginação: TLB (Translation Lookaside Buffer), tradução de endereço lógico para endereço físico. Segmentação, segmentação com paginação.

MAC0344 Vídeo da Aula 22 - Paginação: TLB (Translation Lookaside Buffer), tradução de endereço lógico para endereço físico. Segmentação, segmentação com paginação.

Aula 23 (23/11/2021): CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação (.pdf 3 Mbytes): Arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computer) e e exemplos de máquinas CISC. Arquitetura MAC: conjunto de instruções. Microarquitetura MIC e os componentes básicos e os respectivos sinais de controle para: registrador, A latch e B latch.

MAC0344 Vídeo da Aula 23 - CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação: Arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computer) e e exemplos de máquinas CISC. Arquitetura MAC: conjunto de instruções. Microarquitetura MIC e os componentes básicos e os respectivos sinais de controle para: registrador, A latch e B latch.

Aula 24 (25/11/2021): CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação - Continuação: Microarquitetura MIC e os componentes básicos e os respectivos sinais de controle para: AMUX, ALU, Shifter, MAR e MBR. Formato de uma microinstrução.

MAC0344 Vídeo da Aula 24 - CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação: Microarquitetura MIC e os componentes básicos e os respectivos sinais de controle para: AMUX, ALU, Shifter, MAR e MBR. Formato de uma microinstrução.

Aula 25 (30/11/2021): CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação - Continuação: Formato de uma microinstrução. Explicar o uso do campo COND e ADDR na microinstrução para desvios (incondicional e condicional). ROM contendo o control store (microprograma). Introduzir micro-assembler.

MAC0344 Vídeo da Aula 25 - CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação: Formato de uma microinstrução. Explicar o uso do campo COND e ADDR na microinstrução para desvios (incondicional e condicional). ROM contendo o control store (microprograma). Introduzir micro-assembler.

Aula 26 (02/12/2021): CISC (Complex Instruction Set Computer) - Microprogramação - Continuação: Leitura e escrita de memória: precisam de dois ciclos. Como escrever microprograma eficiente. Passar a lista de exercícios 5. Uso do relógio de 4 fases para controlar o andamento das atividades de um ciclo composto por 4 subciclos. O microprograma completo tem apenas 79 microinstruções. Descrever o microprograma ilustrando as primeiras microinstruções. Microinstruções horizontis e verticais.

MAC0344 Vídeo da Aula 26 - Leitura e escrita de memória: precisam de dois ciclos. Como escrever microprograma eficiente. Uso do relógio de 4 fases para controlar o andamento das atividades de um ciclo composto por 4 subciclos. O microprograma completo tem apenas 79 microinstruções. Descrever o microprograma ilustrando as primeiras microinstruções. Microinstruções horizontis e verticais.

Aula 27 (07/12/2021): Interrupções (.pdf 631 Kbytes). Apoio de hardware para agilizar a mudança de contexto. Começar a falar sobre arquitetura RISC.

MAC0344 Vídeo da Aula 27 - Interrupções. Apoio de hardware para agilizar a mudança de contexto. Começar a falar sobre arquitetura RISC.

Aula 28 (09/12/2021): Introdução a arquitetura RISC (.pdf 1 Mbytes) (Reduced Instruction Set Computer): motivação e características de arquitetura RISC.

MAC0344 Vídeo da Aula 28 - Introdução a arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer): motivação e características de arquitetura RISC.

Aula 29 (14/12/2021): Não haverá aula. Dúvidas: mande-me email.

Aula 30 (16/12/2021): Não haverá aula. Dúvidas: mande-me email.