Organização de Computadores
Sobre esta Disciplina
Estudo da organização interna de um computador: a arquitetura de programa armazenado, o subsistema de memória, a CPU (caminho de dados e unidade de controle) e o conjunto de instruções — até a programação em linguagem de máquina de uma arquitetura didática.
Pré-requisito de nivelamento
Se você não cursou Fundamentos de Circuitos Digitais (ECP187), comece pelo material de revisão abaixo antes da primeira aula. Ele cobre exatamente o que é usado nesta disciplina — nada além disso.
Material Publicado
| Aula | Conteúdo |
|---|---|
| Aula 1 — Sistemas de Representação da Informação | Sistemas de numeração e conversão entre bases; operações lógicas e aritméticas; caracteres (ASCII, Unicode, UTF-8); inteiros (BCD, complementos) e fracionários (ponto fixo e IEEE-754) |
| Aula 2 — História da Computação | Dos primórdios do cálculo às seis gerações de computadores; origem das arquiteturas Harvard e von Neumann; supercomputadores; computadores desenvolvidos no Brasil |
| Aula 3 — Circuitos combinacionais e sequenciais | A diferença entre combinacional e sequencial; o que a realimentação cria (estado) e o que ela custa (tempo); estabilidade, oscilação e biestabilidade; o laço de dois inversores como célula de memória e a justificativa do clock. Inclui três atividades no Logisim-Evolution — meio-somador × flip-flop D, oscilador em anel e biestável |
| Aula 4 — Flip-flops | Do biestável ao flip-flop controlável: laço RS com NAND e com NOR; entrada de clock; JK mestre-escravo; entradas assíncronas Preset e Clear; flip-flops T e D. Inclui nove atividades no Logisim-Evolution — das construções com portas aos componentes prontos da biblioteca —, com circuitos prontos para baixar |
| Aula 5 — Contadores | O que sai de encadear flip-flops T: contador de pulso (assíncrono) de 4 bits e a divisão de frequência estágio a estágio; contador de década, por decodificação do estado 1010 sobre a entrada Clear; contador síncrono com clock comum e portas de habilitação; e a comparação entre as duas famílias — atraso acumulado, estados espúrios e frequência máxima. Inclui três atividades no Logisim-Evolution, com circuitos prontos para baixar |
| Aula 6 — Registradores | O que sai de encadear flip-flops D: registrador de deslocamento de 4 bits; conversor série-paralelo (SIPO); conversor paralelo-série (PISO), com carga paralela por multiplexador; registrador de entrada paralela e saída paralela (PIPO); e o quadro dos quatro arranjos. Inclui quatro atividades no Logisim-Evolution, com circuitos prontos para baixar |
| Aula 7 — Memória Principal: Organização e Classificação | Da célula ao módulo: palavra de memória, endereço e os sinais A0…An, D0…Dn, R/W̄ e ME; classificação das memórias — acesso aleatório × sequencial, volátil × não volátil, estática × dinâmica, DRAM assíncrona × síncrona (SDRAM, DDR a DDR4), paridade e código de Hamming, memórias Flash NOR e NAND. Com exemplos de endereçamento e cálculo de latência real |
| Aula 8 — Hierarquia de Memória | Por que um computador combina vários níveis de memória: a pirâmide registradores → cache → memória principal → memória secundária; localidade temporal e espacial; e as métricas que medem a eficiência de um nível — taxa de acerto e tempo médio de acesso |
| Aula 9 — Processadores | Programa armazenado, barramentos e organização da CPU; ULA, registradores e unidade de controle; ciclo de instrução, modos de endereçamento e ordenação dos bytes; cinco arquiteturas de operandos e RISC/CISC. Com rastreamento de execução, exemplos de tempo de CPU e exercícios com gabarito |
Cada aula indica, ao final, o livro-texto de referência do tópico: as Aulas 1 e 2 seguem SILVA e BORGES (2024); da Aula 3 à Aula 6, com a entrada em circuitos sequenciais, a referência principal passa a ser CAPUANO (2014); a partir da Aula 7, com o retorno à organização de sistemas (memória e, adiante, CPU), SILVA e BORGES (2024) voltam a ser a referência principal. Todas as aulas trazem exercícios com gabarito comentado.
Material de Consulta
| Material | Conteúdo |
|---|---|
| Referência rápida — Notação de circuitos digitais | Toda a simbologia usada nos diagramas da disciplina: portas lógicas com tabela-verdade, fios, junções e barramentos, entradas e saídas, MUX/DEMUX e decodificadores, somadores e ULA, latches e flip-flops, registradores, contadores, memórias e cronogramas — com a equivalência de cada símbolo no Logisim. Inclui PDF de duas páginas A4 para imprimir |
Ordem do Conteúdo Programático
| # | Unidade | Ementa |
|---|---|---|
| 1 | Introdução e Evolução Histórica | História da Computação; arquiteturas von Neumann vs. Harvard |
| 2 | Organização Básica e Programa Armazenado | Conceito de programa armazenado; CPU/Memória/E-S; barramentos (dados, endereço, controle) |
| 3 | Subsistema de Memória | Flip-flops e registradores; RAM (estática/dinâmica) e ROM |
| 4 | CPU | Registradores, ULA, barramentos internos; datapath e unidade de controle; ciclo busca-decodificação-execução |
| 5 | Conjunto de Instruções e Codificação Binária | Formatos, opcodes, operandos; codificação binária/hexadecimal; arquitetura didática Bisk-8 |
| 6 | Programação em Linguagem de Máquina e Execução | Mapeamento de instruções na memória; fluxo de execução; simulação passo a passo |
As aulas de cada unidade serão publicadas ao longo do semestre.
Ferramentas de Apoio
- Bisk-8 Simulator — arquitetura didática usada no curso para programação em linguagem de máquina.
- Logisim — simulação de circuitos digitais.
Pré-Requisitos
- Fundamentos de Circuitos Digitais (ECP187) — ou o material de revisão desta disciplina, para quem não cursou.