Ementa e Plano de Ensino

A Disciplina na FGA

Fundamentos de Arquitetura de Computadores (código FGA-193674 / FGA0142) é uma disciplina obrigatória do 4º semestre do curso de Engenharia de Software da Faculdade UnB Gama (FGA), Universidade de Brasília.

A disciplina faz a ponte entre a eletrônica digital (que você já viu no pré-requisito) e o software. Aqui você entende como o processador executa instruções — da representação binária de dados ao pipeline de execução, da linguagem Assembly à hierarquia de memória. Tudo que um engenheiro de software precisa saber sobre a máquina que roda o seu código.

Ficha da Disciplina

Disciplina:    Fundamentos de Arquitetura de Computadores
Código:        FGA-193674 / FGA0142
Departamento:  FGA — Faculdade do Gama
Créditos:      4 (2 Teóricos + 2 Práticos)
Carga horária: 60 horas (15 semanas × 4h/semana)
Semestre:      4º (obrigatória)
Pré-requisito: Teoria de Eletrônica Digital 1 (FGA-119482)
Alimenta:      Sistemas Operacionais (FGA-201286), Compiladores 1

Professores que já ministraram:
  • Prof. Tiago Alves da Fonseca
  • Prof. John Lenon Cardoso Gardenghi

Ementa Oficial

A ementa oficial, extraída do Projeto Pedagógico de Curso (PPC 2016):

• Histórico — Evolução dos computadores, gerações, marcos tecnológicos
• Arquiteturas RISC × CISC — Filosofias de projeto, trade-offs, exemplos reais (ARM, x86)
• Aritmética computacional — Representação de inteiros e ponto flutuante, operações na ULA
• Pipeline — Execução sobreposta de instruções, hazards, forwarding
• Unidade de controle — Controle hardwired e microprogramado
• Barramentos — Comunicação entre processador, memória e dispositivos
• Introdução à programação em linguagem de montagem — Assembly MIPS/RISC-V, instruções, registradores
• Caminho de dados de um processador RISC — Datapath monociclo e multiciclo
• Hierarquia de memória — Modos de endereçamento, memória virtual, memória cache

Cronograma Semestral

Baseado nos planos de ensino dos professores da FGA, a distribuição típica de 15 semanas:

Semana  Tópico                                    Nosso Módulo
──────  ────────────────────────────────────────  ────────────
  1     Introdução: o que é arquitetura,           Módulo 1
        níveis de abstração, histórico

  2     Modelo Von Neumann, ciclo                  Módulo 1
        fetch-decode-execute

  3     RISC vs CISC, exemplos reais               Módulo 1
        (ARM, x86, MIPS, RISC-V)

  4     Linguagem de montagem: instruções,         Módulo 2
        registradores, formatos

  5     Operações aritméticas e lógicas            Módulo 2
        em Assembly
        ─── P1 (Prova 1) ───

  6     Controle de fluxo: branches,              Módulo 2
        loops, acesso à memória

  7     Representação de dados: inteiros,          Módulo 3
        complemento a 2, overflow

  8     Somadores, ULA, carry-lookahead            Módulo 3

  9     Multiplicação, divisão,                    Módulo 3
        ponto flutuante (IEEE 754)

 10     Caminho de dados: datapath                 Módulo 4
        monociclo e multiciclo
        ─── P2 (Prova 2) ───

 11     Pipeline: estágios, hazards,               Módulo 4
        forwarding, stalls

 12     Unidade de controle: hardwired             Módulo 4
        e microprogramada

 13     Memória cache: mapeamento direto,          Módulo 5
        associativo, write policies

 14     Memória virtual: páginas, TLB,             Módulo 5
        page faults

 15     Barramentos e E/S: protocolos,             Módulo 5
        DMA, interrupções
        ─── P3 (Prova 3) ───

Bibliografia

Bibliografia básica (oficial do PPC):

• PATTERSON, D.A.; HENNESSY, J.L. Organização e Projeto de Computadores: a Interface Hardware/Software. 5ª ed. Elsevier, 2017.
• TANENBAUM, A.S. Organização Estruturada de Computadores. 5ª ed. Prentice Hall, 2007.
• STALLINGS, W. Arquitetura e Organização de Computadores. 8ª ed. Prentice Hall, 2010.

Referências complementares que usamos neste curso:

• PATTERSON, D.A.; HENNESSY, J.L. Computer Organization and Design: RISC-V Edition. Morgan Kaufmann, 2017 — versão RISC-V do livro principal.
• HARRIS, D.; HARRIS, S. Digital Design and Computer Architecture: RISC-V Edition. Morgan Kaufmann, 2021.
• Simuladores: RARS (RISC-V), MARS (MIPS), Logisim — para prática de circuitos e Assembly.

No harness.os

Arquitetura de computadores não é só hardware — é um modelo mental para sistemas em geral. Cada conceito desta disciplina tem um equivalente direto no harness.os:

Tópico FAC                    Equivalente no harness.os
────────────────────────────  ─────────────────────────────────────────
Von Neumann (fetch-decode-    Ciclo de sessão do agente: carregar
  execute)                      contexto → processar → responder

Assembly / ISA                Protocolo MCP tools (o "conjunto de
                                instruções" que agentes executam)

Pipeline                      Request pipeline: parse → route →
                                execute → respond (estágios sobrepostos)

Cache (hierarquia)            Prompt cache (TTL de 5min), caching
                                de knowledge chunks por domínio

Memória virtual               Gerenciamento da context window,
                                endereçamento a nível de tokens

Barramentos / E/S             MCP transport: stdio, SSE, HTTP
                                (protocolos de comunicação entre agentes)

RISC vs CISC                  Tools simples e focadas vs tools
                                complexas multi-step

Cada aula termina com uma seção "No harness.os" que faz essa ponte. O homework pede para você identificar, analisar, melhorar ou construir algo no harness.os usando o conceito aprendido.

Método de Avaliação

Na FGA, a avaliação típica combina provas teóricas e trabalhos práticos:

Componente                          Peso
────────────────────────────────    ─────
P1 (Prova 1 — Módulos 1-2)         20%
P2 (Prova 2 — Módulos 3-4)         30%
P3 (Prova 3 — Módulo 5 + revisão)  30%
Trabalhos práticos (Assembly,       20%
  simuladores, laboratórios)

Conceitos:
  SS (90-100)  |  MS (70-89)  |  MM (50-69)
  MI (30-49)   |  II (1-29)   |  SR (0)

Frequência mínima: 75%

No nosso curso, usamos quizzes ao final de cada aula e o homework aplicado ao harness.os como avaliação contínua. O importante não é a nota — é entender o conceito bem o suficiente para aplicá-lo.

Homework

• Leia a ementa oficial no PPC da FGA e compare com os módulos que temos aqui. O que falta? O que adicionamos?
• Pesquise qual processador está no seu computador (ou celular). É ARM ou x86? Quantos cores? Qual o tamanho da cache L1, L2, L3? Documente o que encontrar.
• No harness.os, identifique qual mapeamento da tabela acima você acha mais interessante e explique em 2-3 frases por que essa analogia faz sentido (ou onde ela quebra).

Resumo

Verifique seu entendimento

• FGA-193674: disciplina obrigatória do 4º semestre de Engenharia de Software
• 4 créditos, 60 horas, pré-requisito: Teoria de Eletrônica Digital 1
• Alimenta duas disciplinas subsequentes: Sistemas Operacionais e Compiladores 1
• Ementa cobre: histórico, RISC/CISC, aritmética computacional, pipeline, controle, barramentos, Assembly, caminho de dados, hierarquia de memória
• Semestre dividido em 15 semanas com 3 provas de peso crescente
• Bibliografia principal: Patterson & Hennessy, Tanenbaum, Stallings
• Cada módulo do nosso curso mapeia para um componente real do harness.os