CONCEITOS BÁSICOS DE INFORMÁTICA

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1 CONCEITOS BÁSICOS DE INFORMÁTICA Dado: É todo elemento envolvido em um determinado problema. Informação: É o conjunto estruturado de dados; É o elemento a ser tratado e é definido como tudo aquilo que permite adquirir qualquer tipo de conhecimento. Informática: É a ciência que estuda o tratamento automático e racional da informação; É o conjunto de todos os elementos físicos, lógicos, educativos, profissionais, inclusive terminologia e normas que norteiam o trabalho com computadores e informações. Tecnologia da Informação - TI A Tecnologia da Informação (TI) é o conjunto de recursos não humanos dedicados ao armazenamento, processamento e comunicação da informação, e a maneira como esses recursos estão organizados num sistema capaz de executar um conjunto de tarefas. O termo Tecnologia da Informação serve para designar o conjunto de recursos tecnológicos e computacionais para geração e uso da informação. Computador: É uma máquina composta de elementos interligados com a finalidade de atingir um objetivo determinado; É uma máquina constituída de circuitos eletrônicos que executam determinadas funções; É uma máquina de alta velocidade que pode manipular dados, resolver problemas e tomar decisões, tudo isso sob o controle de um programa. Processamento de Dados É a atividade que consiste em transformar determinadas informações, a fim de obter outras, ou as mesmas, sob outra forma para alguma finalidade prática; Corresponde a todas as atividades que, a partir de dados conhecidos, através de processamento, conduzem a resultados procurados. Hardware É o conjunto que engloba todos os elementos físicos do computador e suas características; Corresponde à parte material, aos componentes físicos do sistema; É o computador propriamente dito. Software É o termo técnico que engloba a parte lógica do computador; São programas, instruções, tarefas que a máquina (hardware) pode executar; É todo e qualquer programa que pode ser executado no computador. Redes de Computadores É o conjunto de módulos processadores (computadores), capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação. Internet A Internet é uma rede de redes em escala mundial de milhões de computadores. Ao contrário do que se pensa comumente, Internet não é sinônimo de World Wide Web. Esta é parte daquela, sendo a World Wide Web, que utiliza hipermídia em sua formação básica, um dos muitos serviços oferecidos na Internet. A Web é um sistema de informação muito mais recente que emprega a Internet como meio de transmissão. 1

2 HISTÓRICO DA INFORMÁTICA 1a Geração ( ) Computadores baseados em tecnologia de válvulas eletrônicas; Grande quantidade de energia consumida; Quebravam após poucas horas de uso; Dispositivos de Entrada/Saída eram primitivos; Baixa velocidade de processamento. 2a Geração ( ) Válvulas substituídas pelo transistor; Tamanho reduzido vezes menor que a válvula; Menor consumo de energia; Mais rápido; Mais confiável; Maior durabilidade. 3a Geração ( ) Transistor substituído pelo Circuito Integrado (CI); Os CIs são transistores e outros componentes eletrônicos miniaturizados em um único chip; Os CIs são mais confiáveis, mais velozes, mais baratos, muito menores (equipamentos mais compactados) e baixo consumo de energia. 4a Geração ( ) Aparecimento da VLSI (Very Large Scale of Integration), ou Circuitos Integrados em escala muito grande; Surgimento dos microprocessadores; Aparecimento dos Microcomputadores PC; Comercialização de PC em larga escala; Alguns autores consideram como a geração atual. 5a Geração (1981 -? ) Aparecimento da ULSI (Ultra Large Scale of Integration), ou Circuitos Integrados em escala de maior dimensão (ultra); Aparecimento dos supercomputadores; Aplicações de altíssima tecnologia (Nasa, Meteorologia, etc.). CLASSIFICAÇÃO DOS COMPUTADORES Os computadores podem ser classificados de diversas formas. Entretanto, são mais comumente classificados quanto ao porte: Microcomputadores: São computadores com grande flexibilidade de operação e baixo custo, utilizados como ferramenta pessoal e em pequenas empresas; servem de interface com os equipamentos de maior dimensão; existem várias classes estações de trabalho, computadores pessoais, portáteis, computadores domésticos. Minicomputadores (Midrange): São computadores de custo médio, muito potentes, tipicamente utilizados para gerir departamentos de pequenas e médias empresas e universidades devido à sua versatilidade. São computadores multiusuários utilizados como servidores para terminais ou PCs da empresa para proverem acesso a dados, aplicativos e comunicações da empresa; Computadores de Grande Porte Mainframes: São computadores de custo elevado e de grande potência utilizados em organizações de grande dimensão. Têm grande capacidade de processamento e são utilizados, basicamente, para armazenamento de grandes volumes de dados e/ou administração de redes complexas. Utilizados em bancos, empresas aéreas e podem ser acessados por milhares de usuários simultaneamente. Podem ter tamanhos variados, mas é possível fazer uma comparação a um grande armário ou uma pequena sala; 2

3 Supercomputadores: São computadores de elevada potência e custo utilizados em grandes centros de pesquisa, universidades e têm poder de processamento na ordem de trilhões de instruções por segundo. São utilizados para servir um elevado número de usuários, e permitem interligar diferentes sistemas para fins específicos, como previsão meteorológica, geoprocessamento, fins militares, simulações, etc. Também possuem tamanhos variados, mas chegam facilmente a ocupar uma sala de proporções média ou grande. Também são classificados de acordo suas características físicas e funcionalidades: Desktops: São considerados os computadores pessoais (PC Personal Computer) originais, e são chamados de desktops porque são os tradicionais computadores de mesa; Workstations: São estações de trabalho que, em regra, são do mesmo porte que os desktops (em relação ao tamanho físico), porém com capacidade de processamento, memória e armazenamento maior. Nas workstations a principal preocupação é o desempenho e não o preço. As principais diferenças em termos de hardware seriam: Capacidade de trabalhar com dois ou mais processadores simultaneamente; Capacidade de expansão de memória RAM acima de 10 gigabytes; Capacidade de utilizar discos ATA, UATA e SCSI, os dois últimos são para discos de alta capacidade (atingem mais de 300 gigabytes); Maior número de baias (espaços para drives de CD/DVD); Notebook: É considerado um microcomputador portátil, em tamanhos, medidas e modelos variados, porém, possui o teclado, o mouse e o monitor em um só aparelho. A configuração de um notebook é muito semelhante à de um computador de mesa sendo geralmente inferior. Os notebooks costumam ter visores de cristal líquido (altíssima qualidade de imagem) e mouse touch pad (sensível ao toque). Laptop: É o termo utilizado (na prática muito confundido com Notebook) para representar computadores portáteis, porém, de dimensões e configurações mais robustas, poderiam ser comparados aos workstations portáteis. Enquanto os notebooks seriam inferiores aos desktops os Laptops podem ser iguais ou superiores à configuração daqueles; Tablet PC: Os computadores tablet são considerados a evolução dos notebooks, devido ao fato de serem mais leves, mais portáteis e mais dinâmicos no trabalho com escrita e leitura de dados. Costumam ter configuração muito parecida com a de um notebook, porém com preços mais elevados; Hand Held: São computadores de mão, comumente chamados de PDA (Personal Digital Assistant - Assistente Digital Pessoal). Também podem ser chamados de Pen-based porque utilizam uma caneta gráfica para escrever diretamente na tela. Possuem sistema operacional próprio (PalmOS e WindowsCE são os mais comuns) e também aplicativos próprios. É do tamanho de um palmo, ou menor por isso serem, comumente, chamados de palm top. Existem modelos variados, em regra, possuem acesso à Internet, agenda, planilha, editor de texto, aplicações financeiras e jogos. Comunicam-se com o computador por meio de cabo USB ou FireWire, ou pelas modernas interfaces wireless (sem fio): BlueTooh, Wi-Fi ou Infravermelho. Todos os modelos recentes possuem leitora de cartão de memória (Memory card) e alguns modelos possuem câmera digital; Pocket PC: São os PCs de bolso, pode-se dizer que são hand helds com configuração mais robusta, ou com potência maior (logicamente preço maior). Possuem como diferenciais a maior capacidade de memória, processamento, maior compatibilidade com os micros de mesa e maior número de softwares; Smartphones: São a evolução dos celulares ou a combinação destes com os hand helds, ou seja, misturam sistema de comunicação móvel com organizador pessoal. Também possuem aplicativos próprios, acesso à Internet, e alguns ou todos os componentes que incrementam os hand helds. 3

4 A LINGUAGEM DO COMPUTADOR Bit e Byte O português é a língua que utilizamos para nos comunicar com outras pessoas do nosso país. Também usamos como sistema de numeração o sistema decimal, composto dos algarismos 0 a 9 (dez algarismos) e a combinação destes para representar todas as grandezas necessárias usados pela sociedade. O computador também possui uma linguagem, uma codificação de sinais que tem significado para ele. Como se trata de uma máquina eletrônica, naturalmente esses sinais são de natureza elétrica. Esta linguagem entendida e usada pelo computador está relacionada à identificação desses sinais elétricos, onde os computadores são capazes de reconhecer apenas a existência ou não do sinal. Existe sinal ou não existe. Sim ou Não. Consequentemente o computador conhece basicamente duas coisas: "ligado" e "desligado", representados pela passagem ou não de corrente elétrica ou por um campo magnético positivo ou negativo Essa codificação baseada em apenas duas condições possíveis representada matematicamente Figura 1 Metáfora para pelos números 1 e 0. Desta forma, o sistema binário é o sistema de representação do bit numeração usado pelo computador, pois possui apenas dois algarismos para representar suas grandezas, 0 e 1. Assim, a menor quantidade de informação que pode ser representada em um computador é constituída por um único símbolo com seu valor "1" ou "0", chamado de bit (Binary Digit - Dígito Binário), e que são armazenados nos milhões de transistores que compõem os circuitos integrados do computador. Um único bit não consegue representar todas as letras, números e caracteres especiais com os quais o computador trabalha. Os computadores utilizam desta forma, um conjunto de 8 bits, chamado byte, para representar qualquer caractere de nossa linguagem ou símbolo. O caractere é a unidade básica de armazenamento de informação nos sistemas de computação. Os bytes representam todas as letras Figura 2 Metáfora para representação do byte (maiúsculas e minúsculas), sinais de pontuação, acentos, sinais especiais e até sinais que não podemos ver, mas que servem para comandar o computador e que podem, inclusive, serem enviados pelo teclado ou por outro dispositivo de entrada de dados e instruções. Matematicamente, existem 256 (28) combinações diferentes dos 8 bits que representam um byte. Cada caractere representado por um byte, possui uma seqüência específica e única obedecendo a um determinado sistema de codificação. Para que isto aconteça, os computadores utilizam uma tabela que combina números binários com símbolos: a tabela ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Nesta tabela, cada byte representa um caractere ou um sinal. Portanto, quando teclamos a letra "A em um teclado, essa letra é transmitida para o processador em seu formato binário codificado. Unidades de Medida de Armazenamento Baseado na definição de byte, foram criados vários termos para facilitar a compreensão humana da capacidade de armazenamento, processamento e manipulação de dados nos computadores. Usadas para quantificar a capacidade de armazenamento, as unidades de medida usam múltiplos de bytes, como Kilo (K), Mega (M) e Giga (G), etc. O sistema métrico de unidades de medida emprega os mesmos prefixos para designar mil, milhão e bilhão, na base decimal. Entretanto, em Informática o 4

5 valor exato é diferente, já que o sistema usado é o binário, ou seja, utiliza-se a base 2 para o cálculo desses valores. No que se refere aos bits e bytes, tem-se as seguintes medidas na tabela abaixo: Unidade 1 Byte 1 Kilobyte 1 Mebabyte 1 Gigabyte 1 Terabyte 1 Petabyte 1 Exabyte 1 Zettabyte 1 Yottabyte Sigla Byte KB MB GB TB PB EB ZB YB 2x Tamanho (bytes) 8 bits 1024 bytes 1024 x 1024 bytes 1024 x 1024 x 1024 bytes 1024 x 1024 x 1024 x 1024 bytes 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 bytes 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1026 x 1024 bytes 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 bytes 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 bytes Tabela 1 Unidades de medida de armazenamento Sistemas de Numeração Conforme descrito anteriormente, os homens usam o sistema decimal e os computadores usam o sistema binário. O sistema bináro é usado porque é mais fácil representar eletronicamente a informação binária, sendo possível construir dispositivos eletrônicos que manipulam logicamente as informações representadas neste formato. Este sistema foi usado baseado em princípios definidos por George Boole que estabeleceu a Álgebra Booleana, usada posteriormente para o estudo da lógica matemática e para operações internas realizadas pelos computadores. Vejamos os sistemas de numeração mais importantes: Decimal (base 10): uso de 10 algarismos (0 a 9) combinados para formar números maiores que 9; Binário (base 2): uso de 2 algarismos (0 e 1) seguindo o mesmo princípio da combinação para representar outros números e símbolos; grandes número de dígitos binários para representação dos caracteres; Octal (base 8): uso de 7 algarismos (0 a 7); Hexadecimal (base 16): uso de 16 algarismos (0 a 9 e A a F). Observemos a tabela abaixo, onde há a equivalência de 15 números entre os quatro sistemas de numeração citados: Decimal Binário Octal Hexadecimal Decimal Binário Octal Hexadecimal A B C D E F Tabela 2 Equivalência dos sistemas de numeração Conversão entre os Sistemas de Numeração Para converter um número na base decimal (10) para outra base, divide-se este número sucessivamente pelo número da base que se quer converter até que o quociente seja menor que esta base. Os restos das divisões juntamente com o último quociente devem ser organizados na ordem inversa, obtendo-se o valor correspondente. Vejamos os exemplos na tabela abaixo de conversão dos números em decimal em outros sistemas de numeração: 5

6 15 decimal em binário 72 decimal em octal 15 / 2: quociente 10; resto 1 7 / 2: quociente 3; resto 1 3 / 2: quociente 1; resto 1 Binário: decimal em hexadecimal 200 / 16: quociente 12; resto 8 * 12 em hexadecimal = C Hexadecimal: C8 75 / 8: quociente 9; resto 3 9 / 8: quociente 1; resto 1 Octal: 113 Tabela 3 Conversão de decimal para outros sistemas Para converter um número em outra base para a decimal (10) é necessário multiplicar cada unidade deste número, da direita para a esquerda, pela base elevado ao número de seqüência, iniciando em zero. Vejamos os exemplos na tabela abaixo de conversão dos números em outros sistemas de numeração para decimal: 1111 binário decimal (1 x 20) (1 x 2 ) + 2 (1 x 22) (1 x 2 ) = 8= Decimal: 15 em Octal 113 em decimal (3 x 80) + (1 x 81) + (1 x 82) = = Decimal: 75 C8 hexadecimal em decimal (8 x 160) + (C x 161) = (12 x 16) = Decimal: 200 Tabela 4 Conversão de outros sistemas para decimal CONCEITOS BÁSICOS DE HARDWARE Conforme descrito em conceitos básicos, o processamento de dados corresponde às atividades que, a partir de dados conhecidos, através de processamento, conduzem a resultados procurados. Podemos ilustrar este conceito, denominados por alguns autores de tratamento da informação, na figura abaixo. Entrada Processamento Saída Figura 3 Processamento de Dados Esta representação ocorre através de inúmeros dispositivos que permitem interagir com o computador transmitindo informação ou solicitando alguma operação do computador (entrada), como no recebimento de informação (saída). Também denominada de Entrada/Saída, ou simplesmente E/S, é a sigla em português para I/O (Input/Output). Este termo é utilizado quase que exclusivamente no ramo da computação (ou informática), indicando entrada (inserção) de dados por meio de algum código ou programa, para algum outro programa ou hardware, bem como a sua saída (obtenção de dados) ou retorno de dados, como resultado de alguma operação de algum programa, conseqüentemente resultado de alguma entrada. A todos os dispositivos físicos, que incluem os de entrada e saída, denominamos Hardware, conforme já descrito anteriormente. Vamos analisar um computador com alguns dos possíveis periféricos. 6

7 Figura 4 Componentes de Hardware Podemos observar nos componentes de hardware acima que existem vários dispositivos de entrada e vários de saída, onde a comunicação entre o computador e os usuários ocorre por meio destes dispositivos, também denominados de periféricos. Observando novamente a figura 2, onde temos os componentes de hardware usados de forma integrada a um computador, citamos os mesmos e outros de acordo com a sua classificação quanto a dispositivos de entrada e/ou saída: Dispositivos de Entrada: mouse (trackball e touch pad), teclado, webcam, microfone, volante, joystick (outros acessórios para jogos), scanner (multifuncional), leitor ótico (caneta), leitor biométrico, monitores de vídeo sensíveis ao toque (touch screens), placas capturadoras de vídeo, mesa digitalizadora, etc.; Dispositivos de Saída: monitor de vídeo, impressoras, caixas de som, plotter (traçadores gráficos), datashows e projetores, etc.; Dispositivos de Armazenamento (Entrada e Saída): disquete, CD, DVD, HD, pen drive, cartões de memória, fitas magnéticas, etc. CPU UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO Para haver o reconhecimento e a integração de todos estes dispositivos, é necessário um componente que controle a comunicação entre eles e os usuários. Este componente é o processador, também conhecido como Unidade Central de Processamento, ou CPU (Central Processing Unit). A CPU é composta por circuitos eletrônicos que interpretam e executam instruções de programa e comunica-se com os dispositivos de entrada, saída e armazenamento. A CPU é o centro das atividades e é quem realmente transforma dados em informação, ou seja, dados que estão organizados de maneira significativa e útil. Portanto, podemos dizer que a CPU é o cérebro de um computador, ou seja, é o componente principal responsável pelo processamento de dados e pelos dispositivos conectados ao computador. Podemos, então, traduzir a figura inicial da seguinte forma: Dispositivos de Entrada CPU Unidade Central de Processamento Dispositivos de Saída 7

8 Figura 5 CPU e Processamento de Dados A CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento) é a encarregada de processar informações. Como ele vai processar as informações vai depender do programa. O programa pode ser uma planilha, um processador de textos ou um jogo: para o processador, isso não faz a menor diferença, já que ele não entende o que o programa está realmente fazendo. Ele apenas obedece às ordens (chamadas, comandos ou instruções) contidas no programa. Essas ordens podem ser para somar dois números ou para enviar uma informação para aplaca de vídeo, por exemplo. Quando você clica duas vezes em um ícone para rodar um programa, veja o que acontece: O programa, que está armazenado no disco rígido, é transferido para a memória. Um programa é uma série de instruções para o processador. O processador, usando um circuito chamado controlador de memória, carrega as informações do programa da memória RAM; As informações, agora dentro do processador, são processadas; O que acontece a seguir vai depender do programa. O processador pode continuar a carregar e executar o programa ou pode fazer alguma coisa com a informação processada, como mostrar algo no monitor. Podemos identificar, na situação descrita acima, mais três importantes componentes: programa, disco rígido (memória secundária ou auxiliar) e memória (ou memória principal). Portanto, podemos incorporar estes três elementos à figura anterior, pois são essenciais para a realização do processamento dos dados, ilustrados na figura ao lado. O programa contém uma seqüência de instruções e determina ao processador as tarefas a serem realizadas. Estas instruções, por sua vez, são armazenadas na memória principal e acessadas continuamente pelo processador durante a Figura 6 Processamento de Dados e Memórias execução dos programas (ou do processamento propriamente dito). Porém, antes disso, os programas, normalmente armazenados em algum dispositivo ou meio de armazenamento (HD é o mais comum), são carregados para a memória principal para que sejam executados pelo processador. Portanto, os computadores usam dois tipos principais de armazenamento: armazenamento primário (ou memória principal) e armazenamento secundário (memória auxiliar). A CPU interage estreitamente com o armazenamento primário ou memória, recorrendo a ela tanto para obter instruções como dados. Por essa razão, apresentamos a memória apenas no contexto da CPU. Vale ressaltar que, tecnicamente, a memória principal (ou armazenamento primário) não faz parte da CPU. A memória retém dados apenas por algum tempo, enquanto um programa estiver trabalhando diretamente com ela. O armazenamento secundário retém dados permanentes em uma determinada mídia externa - por exemplo, um disco - até que o computador precise desses dados par processá-los. Apresentaremos os dispositivos de armazenamento (ou mídias externas) em outra unidade, com suas principais características e modelos. 8

9 Descrevendo um processador com mais detalhes, podemos identificar que o mesmo é composto pelas seguintes unidades, onde denominamos de arquitetura interna de um processador: a Unidade de Controle (UC), a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) e os Registradores Internos (RI). A interconexão básica dessas unidades, devidamente incorporadas à figura anterior, é mostrada ao lado. As setas indicam a direção nas quais os dados, as informações ou os sinais de controle estão Figura 7 Arquitetura interna da CPU fluindo. Na figura 5, a ULA, a UC e os registradores são mostrados em conjunto como componentes da Unidade Central de Processamento - CPU. Isso é feito para separar o "cérebro" real do processador das outras unidades. Em um microprocessador, a CPU usualmente é implementada em um único chip, o microprocessador. A CPU também tem um conjunto de registradores que realiza funções especiais. Esses registradores também possibilitam o armazenamento temporário para os dados dentro da CPU sem necessidade de acessar a memória externa. A execução de instruções envolve duas funções básicas: Controle: atividades complementares, como busca de instruções e dados, interpretação (decodificação) de instruções, controle de componentes externos (memória, entrada/saída); Processamento: atividades referentes à execução da instrução propriamente dita. Envolve predominantemente a execução de operações aritméticas e lógicas, execução de desvios, movimentação de dados entre posições de memória e UCP, entre UCP e memória e entre registradores e operações de entrada e saída. Veremos a seguir mais informações relevantes a cada componente da arquitetura interna da CPU, e que são responsáveis pelas funções básicas acima. Unidade de Controle - UC A Unidade de Controle contém circuitos que usam sinais elétricos para coordenar o computador inteiro ou executar instruções armazenadas de um programa. Como um maestro de orquestra, a unidade de controle não executa instruções de programa; ao contrário, ela comanda outras partes do sistema para isso. A UC deve comunicar-se tanto com a ULA quanto com a memória. Portanto, a UC é projetada para entender o que fazer, como fazer e comandar quem vai fazer no momento adequado. Unidade Lógica e Aritmética - ULA A unidade lógica e aritmética (arithmetic/logic unit - ALU) contém os circuitos eletrônicos que executam todas as operações lógicas e aritméticas. A ULA realiza quatro tipos de operações ou cálculos matemáticos: adição, subtração, multiplicação e divisão. Como o próprio nome indica, a ULA também executa operações lógicas ou comparações. A unidade pode comparar números, letras ou caracteres especiais para verificar as condições descritas a seguir. O computador então executa uma ação levando em conta se o teste produz um resultado verdadeiro ou falso. Esse recurso é muito importante. Através da comparação, um computador pode dizer, por exemplo, se há lugares vagos em aviões, se um cliente de cartões de débito ultrapassou seu limite de crédito ou se um candidato ao Congresso tem mais votos do que outro. As operações lógicas podem testar três condições: 9

10 Condição de igualdade. Em um teste da condição igual a, a ULA compara dois valores para determinar se são iguais. Por exemplo, se o número de ingressos vendidos for igual ao número de poltronas do auditório, consideram-se esgotadas as entradas para o concerto ou cinema; Condição menor que. Para testar a condição menor que, a ULA compara dois valores para determinar se o primeiro é menor do que o segundo. Por exemplo, se o número de multas por excesso de velocidade na ficha de um motorista for menor do que três, então o preço do seguro será normal, caso contrário terá um acréscimo de 15% no valor do seguro; Condição maior que. Ao testar a condição maior que, a ULA determina se o primeiro valor é maior do que o segundo. Por exemplo, se o número de horas que uma pessoa trabalhou em uma semana for inferior a 40, então o programa multiplicará cada hora extra por 11, duas vezes o pagamento por hora usual, para computar o pagamento das horas extras. Além dessas três condições básicas, o computador pode testar um conjunto de condições: as condições menor que ou igual a, maior que ou igual a e menor que ou maior que. Observe que menor que ou maior que é a mesma coisa que não igual a. Os símbolos que os programadores usam para informar ao computador que tipo de comparação executar são chamados de operadores relacionais. Os operadores relacionais mais comuns são: o sinal de igualdade (=), o símbolo menor que (<) e o símbolo maior que (>). Registradores Internos Registradores Internos ou simplesmente registradores são áreas de armazenamento temporário de alta velocidade que servem a propósitos especiais e destinam-se a instruções ou dados. Eles não fazem parte da memória; ao contrário, são áreas especiais de armazenamento temporário localizadas dentro da própria CPU que oferecem a alta velocidade como vantagem. Os registradores são coordenados pela UC de modo que aceitam, guardam e transferem instruções ou dados e fazem comparações aritméticas ou lógicas em alta velocidade. A unidade de controle utiliza um registrador da mesma forma que um proprietário de loja utiliza a caixa registradora - como um lugar conveniente, temporário, para armazenar aquilo que é usado nas transações. Os registradores que servem a propósitos especiais têm funções específicas, como manter a instrução que está sendo executada em um determinado momento ou controlar onde a próxima instrução a ser executada será armazenada na memória. (Cada local de armazenamento na memória é identificado por um endereço, da mesma forma que cada casa de uma rua tem seu endereço.) Alguns projetos de CPU incluem registradores de uso geral, que a unidade de controle pode usar para diferentes tarefas, quando necessário. Vamos analisar os diferentes tipos de memórias discutidas até o momento. Os registradores guardam dados que estão diretamente relacionados com a operação que está sendo executada. A memória principal armazena dados que serão usados em breve. O armazenamento secundário mantém dados que podem ser necessários posteriormente, na mesma execução do programa, ou talvez em algum momento futuro. Vamos analisar uma situação exemplo. Um funcionário necessita calcular o pagamento bruto de um funcionário multiplicando as horas trabalhadas pelo índice do salário. Ao iniciar este programa, armazenado em uma unidade de armazenamento, normalmente o HD (memória secundária), o mesmo é carregado para a memória principal, as instruções iniciais são carregadas para os registradores e ficará aguardando as novas instruções a serem executadas pelo funcionário. Em outras palavras, quando o computador inicia a realização dos cálculos correspondentes ao salário de um funcionário, os dados do funcionário são transferidos da memória secundária para a memória principal e, por fim, para os registradores. A realização dos cálculos correspondem ao processamento em si, realizado pelas UC e ULA, componentes da CPU. 10

11 Bits internos O número de bits é uma das principais características dos processadores e tem grande influência no desempenho. Quando nos referimos a processadores de 16 bits, 32 bits ou 64 bits estamos falando dos bits internos do chip - em poucas palavras, isso representa a quantidade de dados e instruções que o processador consegue trabalhar por vez. A tabela ao lado apresenta a família de processadores Intel com seus respectivos números de bits internos. Portanto, 64 bits é o termo usado para designar dispositivos (normalmente processadores) que trabalham com um conjunto de 64 bits por vez. Um bit é a menor 'quantidade' de dados da informática, podendo ser 0 ou 1 (normalmente representado em eletrônica digital pela ausência ou presença de corrente elétrica). Desta forma, os processadores de 64 bits são capazes de processar 64 bits por vez, melhorando significativamente seu desempenho. Tanto a Intel como a AMD já colocaram no mercado processadores que trabalham a 64 bits. Em poucos anos, esse tipo de chip será o padrão. Tabela 5 Bits Internos dos Processadores Bits Processadores Intel Internos e e SX e 486SX, 80486, DX2 e DX4 Pentium e Pentium MMX 32 Pentium Pro, Pentium II, Cele32 ron, Pentium III, Pentium 4 Itanium 64 Itanium II 64 As tecnologias de 64 bits utilizadas pelos fabricantes AMD e Intel e seus respectivos processadores são: AMD64: originalmente chamado de x86-64, AMD64 (ou AMD64 ISA - Instruction Set Architecture) é o nome da tecnologia de 64 bits desenvolvida pela AMD. Um de seus destaques é o suporte às instruções de 32 bits (Legacy Mode). O processador AMD Opteron, o processador AMD Athlon 64 e a tecnologia móvel AMD Turion 64 compõem a família AM D64. EM64T: sigla para Extended Memory 64-bit Technology, o EM64T é tido como a interpretação do AMD64 feita pela Intel. Devido a isso, recebeu de alguns a denominação iamd64 (o "i" faz referência à primeira letra do nome da Intel). Processadores Intel de 64 bits: Itanium, Itanium 2, Pentium M, Pentium 4EE; Pentium E, Celeron, Celeron D, Pentium 4 (desde 2000), Pentium D (desde 2005), Pentium Extreme Edition, Xeon (desde 2001), Xeon, Core 2. No entanto, há outros fatores a serem considerados. Um deles é o sistema operacional (SO). O funcionamento do computador está diretamente ligado à relação entre o sistema operacional e o hardware como um todo. O SO é desenvolvido de forma a aproveitar o máximo de recursos da plataforma para o qual é destinado. Assim, o Windows XP ou uma distribuição Linux com um kernel desenvolvido antes do surgimento de processadores de 64 bits são preparados para trabalhar a 32 bits, mas não a 64 bits. No caso do Windows XP, a Microsoft disponibilizou a versão "Professional x64", compatível com os processadores AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel Xeon (com instruções EM64T) e Intel Pentium 4 (com instruções EM64T). De acordo com a Microsoft, a principal diferença entre essa e as versões de 32 bits (além da compatibilidade com instruções de 64 bits) é o suporte de até 128 GB de memória RAM e 16 TB de memória virtual. Nada mais natural: se a aplicação para o qual o computador é utilizado manipula grande quantidade de dados e valores, de nada adianta ter processamento de 64 bits, mas pouca memória, já que, grossamente falando, os dados teriam que "formar fila" para serem inseridos na memória, comprometendo o desempenho. O mesmo ocorre com o Linux. Se você visitar o site de alguma distribuição para baixar uma versão do sistema operacional, muito provavelmente encontrará links que apontam para diversas versões. O site 11

12 do Ubuntu Linux, por exemplo, oferece links para processadores x86 (32 bits), Mac (chips PowerPC) e 64-bit (processadores AMD64 ou EM64T). Bits externos Acima você viu que bits internos medem a capacidade do processador trabalhar internamente, ou seja, sozinho, "dentro dele mesmo". Porém, como as instruções que o processador executa ficam armazenadas na memória, é preciso que ela seja acessada de forma rápida e precisa. Essa velocidade depende da quantidade de bits que o barramento de dados consegue manipular simultaneamente. Tais bits são chamados de bits externos. Esse valor aumenta com o avanço da tecnologia. Endereçamento O endereçamento consiste na capacidade que o processador tem de acessar um número máximo de células da memória. Para acessar uma célula, o processador precisa saber o endereço dela. Cada célula armazena um byte. Assim, um processador com o barramento de dados com 16 bits, pode acessar duas células por vez. Isso porque um byte equivale a 8 bits e 16 dividido por 8 é igual a 2, portanto, duas células. Um processador com 32 bits pode acessar até 4 células. Para descobrir o valor máximo de memória que o processador consegue acessar, basta fazer um cálculo: 2 elevado a ao número de bits do barramento de endereços. Por exemplo, 2 elevado a 32: 2 ³² = bytes => 4 GB. A maioria dos processadores usa esse valor atualmente. Clock Quando mais rápido for a execução das instruções, mais rápido os dados processados chegarão à saída. Para controlar a execução das instruções, é utilizado um relógio (clock) que envia pulsos periódicos para o processador. O clock é um pulso de sincronismo dos circuitos existentes no microcomputador e tem como função controlar todos os circuitos que constituem o computador para a execução das instruções. Cada um desses pulsos de clock tem uma duração de tempo, sendo denominado de ciclo. Dentro de cada ciclo de clock deve haver tempo suficiente para que o sinal percorra todo o processador e todas as operações sejam concluídas. Quanto maior o clock, maior será o número de instruções que podem ser executadas. Existe sempre uma freqüência máxima de operação suportada pelo circuito, determinada pela técnica de produção usada, pelo projeto do processador, pelo número de transistores, etc. O ciclo de clock (cycle clock) é medido em hertz, onde 1 hertz corresponde a um ciclo por segundo. Atualmente, estamos na unidade de Gigahertz (GHz) para os processadores. Clock Interno Denomina-se de clock interno, a freqüência na qual o processador trabalha. Para darmos um exemplo real, em um Pentium 4 de 3,4 GHz, estes 3,4 GHz referem-se ao clock interno do processador. Clock Externo É o caminho de comunicação do processador com o chipset da placa-mãe, mais especificamente o circuito ponte norte (outras informações na unidade Chipsets). É mais conhecido em português como "barramento externo" (mais informações na unidade Barramentos) e é denominado de Front Side Bus (FSB). Em geral este termo aparece quando há menção ao clock externo do processador. Por exemplo "FSB de 100 MHz" significa "clock externo de 100 MHz". Todos os processadores a partir do 486DX2 passaram a usar um esquema chamado multiplicação de clock, onde o clock interno do processador é maior do que o seu clock externo (ou seja, clock do barramento externo ou FSB). Por exemplo, o 12

13 Pentium 4 de 3,2 GHz trabalha internamente a 3,2 GHz, porém externamente ele opera a 200 MHz (ou seja, seu FSB é de 200 MHz). Antes de prosseguirmos com o detalhamento dos processadores, memórias, etc., apresentaremos os principais componentes do computador com seus respectivos conceitos, características e observações considerados mais relevantes. Memória Cache A operação de transferência de dados entre a memória RAM e os registradores da CPU é muito demorada, uma vez que a CPU é muito mais rápida que a memória RAM. A cache ajuda a movimentar os dados entre o processador e a memória principal no menor tempo possível, tornando-se uma memória intermediária. A estratégia é armazenar dados e instruções no cache sem a necessidade de buscar na memória RAM, conforme ilustrado na figura ao lado. A memória cache é um atalho para o processamento porque diminui o tempo de espera ocasionado pela busca de informação em memórias mais lentas. Nela são Figura 8 - Cache guardadas as últimas tarefas feitas no micro e tem como característica principal ser de altíssima velocidade. Assim, o objetivo da memória cache é aumentar o desempenho do computador, onde podemos deduzir que quanto maior a capacidade da memória cache, melhor o desempenho do sistema. A memória cache é dividida em três níveis (L levels): Cache L1: Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador. Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2, o L1 é dividido, em dois níveis: dados e instruções, que "dizem" o que fazer com os dados. A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip [processador]. Cache L1 ou cache de nível 1 consiste num tipo de memória cache que está mais próximo da ULA (unidade lógica e aritmética). Normalmente tem sua capacidade de 8 KB a 128KB; Cache L2: Possuindo o cache L1 um tamanho reduzido e não apresentando uma solução ideal, foi desenvolvido o cache L2, que contém muito mais memória que o cache L1. Ela é mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória principal. Alguns processadores colocam essa cache fora do processador, por questões econômicas, pois uma cache grande implica num custo grande. Porém, desde o Pentium II, os novos processadores foram incorporando os caches L1 e L2 no mesmo cartucho (encapsulamento) que está o processador. Atualmente, já existem processadores com cache L2 de 4MB; Cache L3: Terceiro nível de cache de memória. Inicialmente utilizado pelo AMD K6-III (por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo) utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional. Foi pouco utilizado na época e somente recentemente voltaram a ser utilizados em alguns processadores. Os mais recentes testes revelam o uso da L3 compartilhada pelos núcleos dos processadores Quad Core (AMD). A Intel, por sua vez, lançou o Pentium 4 Extreme Edition, chips destinados aos entusiastas de jogos que contando com uma memória cache L3 de 2 MB. Outro processador da Intel que usa cache L3 é o Pentium Intanium 2 com modelos de até 24 MB. Processadores Multi Core Os processadores Dual Core (dois núcleos) foram lançados por uma razão específica, os recursos atuais em busca do maior desempenho estão acabando, o clock dos processadores não podem mais ser aumentados com facilidade e o aumento de Cache não traz um ganho de desempenho considerável assim como o barramento externo e encarece o processador. A curto prazo a solução encontrada para a "falta de recursos" foi o desenvolvimento de processadores 13

14 bi-nucleares, ou seja, literalmente dois processadores no mesmo encapsulamento (chip). Tanto Intel como AMD já oferecem no mercado processadores de dois núcleos e em alguns anos chegarão ao mercado processadores com quatro e oito núcleos. Para ilustrar, apresentamos na figura abaixo a arquitetura do processador AMD Athlon 64 X2 de núcleo duplo. Figura 9 Processador AMD Athlon 64 X2 de núcleo duplo A Intel lançou o seu primeiro processador de quatro núcleos em novembro de 2006, o Core 2 Extreme QX6700. No início deste ano a Intel já anunciou o lançamento de mais três novos processadores de quatro núcleos: o Core 2 Quad Q6600 e os Xeon X3220 e X3210. Até o momento a AMD não lançou processadores de quatro núcleos. A solução encontrada pela AMD para concorrer com os processadores de quatro núcleos da Intel foi lançar a plataforma Quad FX (conhecida anteriormente como 4x4). Esta plataforma é composta por dois processadores Athlon 64 FX de dois núcleos cada e de outras especificações mais robustas. Dessa forma, um micro compatível com a plataforma Quad FX tem dois processadores físicos de dois núcleos cada trabalhando em paralelo, ou seja, quatro núcleos dentro da máquina. Processadores RISC X CISC São duas plataformas distintas de computadores. Um computador CISC (computador com um conjunto complexo de instruções = Complex Instruction Set Computer) é capaz de executar várias centenas de instruções em um curto intervalo de tempo. Essa arquitetura se utiliza de poucos registradores da CPU, porém necessita usar mais recursos de memória. A utilização de pipeline é muito rara. Um computador RISC (computador com um conjunto reduzido de instruções = Reduced Instruction Set Computer) é capaz de processar apenas algumas instruções em cada intervalo específico de tempo. Essa arquitetura usa uma grande quantidade de registradores na CPU e muitos recursos de pipeline. TECLADO O teclado de computador é um tipo de periférico utilizado pelo usuário para a entrada manual no sistema de dados e comandos. Possui teclas representando letras, números, símbolos e outras funções, baseado no modelo de teclado das antigas máquinas de escrever. Basicamente, os teclados são projetados para a escrita de textos, onde são usadas para esse meio cerca de 50% delas. Além para o controle das funções de um computador e seu sistema operacional. Essas teclas são ligadas a um chip dentro do teclado, onde identifica a tecla pressionada e manda para o PC as informações. O meio de transporte dessas informações entre o teclado e o computador pode ser sem fio (ou Wireless) ou a cabo (PS/2 e USB). O teclado vem se adaptando com a tecnologia e é um dos poucos periféricos que mais se destacam na computação. Os arranjos mais comuns em países ocidentais estão baseados no plano QWERTY (incluindo variantes próximo-relacionadas, como o plano de AZERTY francês). 14

15 Figura 10 Teclado no padrão QWERTY Há alguns modos diferentes de conectar um teclado em um microcomputador. Isso se deve porque o próprio teclado evoluiu durante os anos. Estas conexões incluem PS/2, conexões USB e até conexões sem fio, por exemplo, o Bluetooth e o infravermelho. Vejamos alguns destes tipos de conexão: - Conector DIN (antigos) - Portas PS/2 Figura 11 Tipos de conexão de teclados - Plug Padrão USB Vejamos alguns modelos de teclados: - Teclado 110 Teclas Ps2 Xpc; - Teclado 130 teclas roldana scroll com 20 - Teclado ótico sem fio com mouse teclas de funções adicionais integrado com roda de rolagem Figura 12 Modelos de teclados no mercado MOUSE O mouse (termo em inglês e utilizado no Brasil) ou rato (termo utilizado em Portugal) é um periférico de entrada que historicamente se juntou ao teclado como auxiliar no processo de entrada de dados, especialmente em programas com interface gráfica. O mouse tem como função movimentar o cursor (apontador) pela tela do computador. O formato mais comum do cursor é uma seta, contudo, existem opções no sistema operacional e softwares que permitem personalizarmos o cursor do mouse. 15

16 O mouse funciona como um apontador sobre o a tela do computador e disponibiliza normalmente quatro tipos operações: movimento, click (clique), duplo click, click invertido e drag and drop (arrastar e largar). Existem modelos com um, dois, três ou mais botões cuja funcionalidade depende do ambiente de trabalho e do programa que está a ser utilizado. Claramente, o botão esquerdo é o mais utilizado. Observem na figura 10, ao lado, os Figura 13 Visão interna do mouse padrão componentes internos de um mouse, de acordo com a legenda (ou números): 1. A bola, que faz girar a roldana; 2. Roldana que irá alterar a passagem de luz entre o LED e o sensor; 3. Sensor fotoelétrico; 4. Botão de clique (esquerdo); e 5. LED. O mouse é normalmente ligado ao computador através de portas: serial, PS2 ou, mais recentemente, USB (Universal Serial Bus). Também existem conexões sem fio, as mais antigas em infravermelho, as atuais em Bluetooth. Abaixo, apresentamos alguns modelos de mouse. - Mouse Net Mouse Ps2 - Mini Mouse Óptico Scroll USB - Mouse Óptico S/fio 10 Botões Pr/pt USB Figura 14 Modelos de Mouse no mercado GABINETE O microcomputador, ou computador, é apenas o conjunto de todos os seus componentes, tais como impressora, monitor, caixas de som, gabinete, placa-mãe etc. Uma parte dessa estrutura é montada dentro de um elemento chamado de gabinete. Note que gabinete é a carcaça de metal que guarda os componentes computacionais, tais como placa-mãe, winchester, memórias, fonte de alimentação, drive de CD, DVD, disquete e outros. O gabinete é mostrado na figura abaixo. - Gabinete ATX - 04 Baias W - Gab ATX X-game 5 Baias Led Azul - Gabinete ATX 500w Preto/vermelho 16

17 Figura 15 Modelos Gabinetes Dentro do gabinete existe a placa-mãe, equipamento que serve para a conexão dos dispositivos do sistema computacional. Do microprocessador aos periféricos de entrada e/ou saída, todos são conectados na placa-mãe. PLACA MÃE A Placa mãe, também denominada mainboard ou motherboard, é uma placa de circuito eletrônico impresso responsável pela interconexão de todas as peças que formam o computador. A placa mãe tem como função permitir que o processador se comunique com todos os periféricos instalados. As placasmãe são desenvolvidas de forma que seja possível conectar todos os dispositivos que compõem o computador. Para isso, elas oferecem conexões para o processador, para a memória RAM, para o HD, para os dispositivos de entrada e saída, entre outros. Entre os padrões de placas mãe, temos AT e o ATX. O AT (Advanced Tecnology) é um tipo de placamãe antiga, onde seu uso foi constante de 1983 até Um dos fatos que contribuíram para que o padrão AT deixasse de ser usado (e o ATX fosse criado), é o espaço interno reduzido, dificultando a integração de outros dispositivos. ATX é a sigla para (Advanced Tecnology Extendend) e o nome representa o padrão AT aperfeiçoado. Um dos principais desenvolvedores do ATX foi a Intel, e praticamente todos os computadores novos vêm baseados neste padrão. Este padrão apresenta uma série de melhorias em relação ao anterior. Entre as principais características do ATX, estão: Maior espaço interno, proporcionando um ventilação adequada; Conectores de teclado e mouse no formato PS/2 (conectores menores); Conectores serial e paralelo ligados diretamente na placa-mãe, sem a necessidade de cabos; Melhor posicionamento do processador, evitando que o mesmo impeça a instalação de placas de expansão por falta de espaço. A foto a seguir exibe uma placa-mãe. Trata-se de um modelo Soyo SY-KT880 Dragon 2. As letras apontam para os principais itens do produto, que são explicados nos próximos parágrafos. Cada placamãe possui características distintas, mas todas devem possibilitar a conexão dos dispositivos a serem utilizados em um computador. Figura 16 Componentes da Placa Mãe 17

18 Item A - processador O item A mostra o local onde o processador deve ser conectado. Também conhecido como socket, esse encaixe não serve para qualquer processador, mas sim para um modelo (ou para modelos) específico. Cada tipo de processador tem características que o diferenciam de outros modelos. Essas diferenças consistem na capacidade de processamento, na quantidade de memória cache, na tecnologia de fabricação usada, no consumo de energia, na quantidade de terminais (as "perninhas") que o processador tem, entre outros. Assim sendo, a placa-mãe deve ser desenvolvida para aceitar determinados processadores. A motherboard vista acima, por exemplo, é compatível com os processadores Duron, Athlon XP e Sempron (todos da fabricante AMD) que utilizam a forma de conexão conhecida por "Socket A". Assim sendo, processadores que utilizam outros sockets, como o Intel Pentium 4 ou o AMD Athlon 64 não se conectam a esta placa. Por isso, na aquisição de um computador, deve-se escolher primeiro o processador e, em seguida, verificar quais as placas-mãe que são compatíveis. À medida que novos processadores vão sendo lançados, novos sockets vão surgindo. É importante frisar que, mesmo quando um processador utiliza um determinado socket, ele pode não ser compatível com a placa-mãe relacionada. Isso porque o chip pode ter uma capacidade de processamento acima da suportada pela motherboard. Por isso, essa questão também deve ser verificada no momento da montagem de um computador. Item B - Memória RAM O item B mostra os encaixes existentes para a memória RAM. Esse conector varia conforme o tipo. As placas-mãe mais antigas usavam o tipo de memória popularmente conhecido como SDRAM. No entanto, o padrão mais usado atualmente é o DDR (Double Data Rate), que também recebe a denominação de SDRAM II (termo pouco usado). A placa-mãe da imagem acima possui duas conexões (ou slots) para encaixe de memórias DDR. As memórias também trabalham em velocidades diferentes, mesmo quando são do mesmo tipo. A placa-mãe mostrada acima aceita memórias DDR que trabalham a 266 MHz, 333 MHz e 400 MHz. Supondo que a motherboard só aceitasse velocidades de até 333 MHz, um pente de memória DDR que funciona a 400 MHz só trabalharia a 333 MHz nessa placa, o máximo suportado. Em relação à capacidade, as memórias mais antigas ofereciam 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB, 64 MB, etc. Hoje, já é possível encontrar memórias que vão de 128 MB a 1 GB de capacidade. Enquanto você lê este texto, pode ser que o limite atual já esteja maior. Item C - Slots de expansão Para que seja possível conectar placas que adicionam funções ao computador, é necessário fazer uso de slots de expansão. Esses conectores permitem a conexão de vários tipos de dispositivos. Placas de vídeo, placas de som, placas de redes, modems, etc., são conectados nesses encaixes. Os tipos de slots mais conhecidos atualmente são o PCI (Peripheral Component Interconnect) - item C1 -, o AGP (Accelerated Graphics Port) - item C2 -, o CNR (Communications Network Riser) - item C3 - e o PCI Express (PCI-E). As placas-mãe mais antigas apresentavam ainda o slot ISA (Industry Standard Architecture). A placa-mãe vista acima possui um slot AGP (usado exclusivamente por placas de vídeo), um slot CNR (usado para modems) e cinco slots PCI (usados por placas de rede, placas de som, modems PCI, etc.). A tendência atual é que tanto o slot AGP quanto o slot PCI sejam substituídos pelo padrão PCI Express, que oferece mais recursos e possibilidades. 18

19 Item D - Plug de alimentação O item D mostra o local onde se deve encaixar o cabo da fonte que leva energia elétrica à placa-mãe. Para isso, tanto a placa-mãe como a fonte de alimentação devem ser do mesmo tipo. Existem, atualmente, dois padrões para isso: o ATX e o AT (este último saiu de linha, mas ainda é utilizado). A placa-mãe da foto usa o padrão ATX. É importante frisar que a placa-mãe sozinha consegue alimentar o processador, as memórias e a grande maioria dos dispositivos encaixados nos slots. No entanto, HDs, unidades de CD e DVD, drive de disquete e cooler (um tipo de ventilador acoplado ao processador que serve para manter sua temperatura em limites aceitáveis de uso) devem receber conectores individuais de energia. Item E - Conectores IDE e drive de disquete O item E2 mostra as entradas padrão IDE (Integrated Drive Electronics) onde devem ser encaixados os cabos que ligam HDs e unidades de CD/DVD à placa-mãe. Esses cabos, chamados de "flat cables", podem ser de 40 vias ou 80, sendo este último mais eficiente. Cada cabo pode suportar até dois HDs ou unidades de CD/DVD, totalizando até quatro dispositivos nas entradas IDE. Note também que E1 aponta para o conector onde deve ser encaixado o cabo que liga o drive de disquete à motherboard. Hoje em dia, praticamente todos os HDs IDE lançados trabalham com o padrão Ultra-ATA (também conhecido com UDMA - Ultra-DMA). Existem 4 tipos básicos de Ultra-ATA: UDMA 33, UDMA 66, UDMA 100 e UDMA 133. Os números nestas siglas representam a quantidade de megabytes transferível por segundo. Com a introdução do Serial ATA em 2003, o padrão ATA original foi retroativamente renomeado para Parallel ATA (ATA Paralelo, ou PATA). Serial ATA, SATA ou S-ATA é uma tecnologia de transferência de dados entre um disco rígido e a placa-mãe. Assim, o SATA é o sucessor da tecnologia ATA, também conhecido como IDE. Diferentemente dos discos rígidos IDE, que transmitem os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios paralelos, o que resulta num cabo enorme, os discos rígidos SATA transferem os dados em série em apenas quatro fios num único cabo, o que permite usar cabos com menor diâmetro que não interferem na ventilação do gabinete. Figura 17 SATA Serial ATA Item F - BIOS e bateria O item F2 aponta para o chip Flash-ROM e o F1, para a bateria que o alimenta. Esse chip contém um pequeno software chamado BIOS (Basic Input Output System), que é responsável por controlar o uso do hardware do computador e manter as informações relativas à hora e data. Item G - Conectores de teclado, mouse, USB, impressora e outros 19

20 O item G aponta para a parte onde ficam localizadas as entradas para a conexão do mouse (tanto serial, quanto PS/2), teclado, portas USB, porta paralela (usada principalmente por impressoras), além de outros que são disponibilizados conforme o modelo da placa-mãe. Esses itens ficam posicionados de forma que, quando a motherboard for instalada em um gabinete, tais entradas fiquem imediatamente acessíveis pela parte traseira deste. Vejam estes conectores ilustrados na figura abaixo: Figura 18 Conectores da Placa Mãe H - Furos de encaixe Para evitar danos, a placa-mãe deve ser devidamente presa ao gabinete. Isso é feito através de furos nas extremidades da placa mãe (item H) que permitem o encaixe de espaçadores e parafusos. Para isso, é necessário que a placa-mãe seja do mesmo padrão do gabinete. Se este for AT, a placa-mãe deverá também ser AT. Se for ATX (o padrão atual), a motherboard também deverá ser, do contrário o posicionamento dos locais de encaixe serão diferentes para a placa-mãe e para o gabinete. I - Chipset O chipset é um chip responsável pelo controle de uma série de itens da placa-mãe, como acesso à memória, barramentos e outros. Principalmente nas placas-mãe atuais, é bastante comum que existam dois chips para esses controles: Ponte Sul (I1) e Ponte Norte (I2): Ponte Sul (South Bridge): este geralmente é responsável pelo controle de dispositivos de entrada e saída, como as interfaces IDE ou SATA. Placas-mãe que possuem som onboard (visto adiante), podem incluir o controle desse dispositivo também na Ponte Sul; Ponte Norte (North Bridge): este chip faz um trabalho "mais pesado" e, por isso, geralmente requer um dissipador de calor para não esquentar muito. Repare que na foto da placa-mãe em que esse chip é apontado, ele, na verdade, está debaixo de uma estrutura metálica. Essa peça é o dissipador. Cabe à Ponte Norte as tarefas de controle do FSB (Front Side Bus - velocidade na qual o processador se comunica com a memória e com componentes da placa-mãe), da freqüência de operação da memória, do barramento AGP, etc. Os chipsets não são desenvolvidos pelas fabricantes das placas-mãe e sim por empresas como VIA Technologies, SiS e Intel (esta é uma exceção, já que fabrica motherboards também). Assim sendo, é comum encontrar um mesmo chipset em modelos concorrentes de placa-mãe. Placas-mãe onboard "Onboard" é o termo empregado para distinguir placas-mãe que possuem um ou mais dispositivos de expansão integrados. Por exemplo, há modelos que têm placa de vídeo, placa de som, modem ou placa 20

21 de rede na própria placa-mãe. A motherboard estudada neste artigo possui placa de som (C-Media CMI9761A 6-channel) e placa de rede (VIA VT /100 Mbps Ethernet) integradas, ou melhor, onboard. Por esta razão, os conectores desses dispositivos ficam juntos às entradas mostradas no item G, visto anteriormente. A vantagem de se utilizar modelos onboard é a redução de custo do computador, uma vez que se torna desnecessário comprar determinados dispositivos porque estes já estão incluídos na placa-mãe. No entanto, é necessário ter cuidado: quanto mais itens onboard uma placa-mãe tiver, mais o desempenho do computador será comprometido. Isso porque o processador acaba tendo que executar as tarefas dos dispositivos integrados. Na maioria dos casos, placas de som e rede onboard não influenciam significantemente no desempenho, mas placas de vídeo e modems sim. As placas de vídeo, mesmo os modelos mais simples, possuem um chip gráfico que é responsável pela geração de imagens. Este, por sua vez, requer memória para tal, principalmente quando trata imagens em 3D. Uma placa de vídeo onboard, mesmo quando acompanhada de um chip gráfico integrado, acaba "tomando atenção" do processador, além de usar parte da memória RAM. Se um computador é comprado para uso em uma loja ou em alguma aplicação que não requer muito desempenho, a compra de um computador com placa-mãe onboard pode ser viável. No entanto, quem deseja uma máquina para jogos e aplicações mais pesadas deve pensar seriamente em adquirir uma placa-mãe "offboard", isto é, com nenhum item integrado, ou no máximo, com placa de som ou rede onboard. Existe uma série de empresas que fabricam placas-mãe. As marcas mais conhecidas são: Asus, Abit, Gigabyte, Soyo, PC Chips, MSI, Intel e ECS. Apesar da maioria dessas fabricantes disponibilizarem bons produtos, é recomendável pesquisar sobre um modelo de seu interesse para conhecer suas vantagens e desvantagens. Para isso, basta digitar o nome do modelo em sites de busca. Geralmente, o resultado mostra fóruns de discussão onde os participantes debatem sobre a placa-mãe em questão. A pesquisa vale a pena, afinal, a placa-mãe é um item de importância extrema ao computador. BARRAMENTOS É o elemento responsável pela interligação dos demais componentes, conduzindo de modo sincronizado o fluxo de informações de uns para os outros - dados, endereços e sinais de controle. Barramento Local ou FSB (Front Side Bus) O barramento local (FSB) é a via de comunicação que conecta o processador aos circuitos primordiais da placa-mãe: a memória RAM, a memória cache L2 e o chipset. O FSB é um barramento de alto desempenho que não aceita a conexão de periféricos lentos, permitindo apenas os periféricos que trabalham na mesma freqüência de operação do processador. Um barramento local e a maioria dos barramentos de expansão podem ser divididos em três grupos: Dados - as instruções e os valores, numéricos ou alfanuméricos, manipulados por elas; Endereços - valores que indicam a localização dos dados; Controle - sinais como de READ, WRITE, de inicio de operação aritmética, de interrupção, de sincronização, de reinicialização entre outros. Entre o processador, a memória e os dispositivos de entrada/saída ocorrerá a transferência de sinais elétricos, ou seja, a transmissão de informações entre eles. A dispo- Figura 19 Arquitetura externa do processador 21

22 sição física (layout) destes elementos é considerada por alguns autores de arquitetura externa do processador (veja figura acima). Os meios pelos quais as informações trafegam são chamados de barramentos (bus), ou seja, são os percursos ou vias de comunicação entre os componentes de um computador. Por meio do barramento de endereços, o processador pode especificar qual a placa ou interface através da qual quer transmitir ou receber dados, e também especificar o endereço de memória no qual deseja ler ou armazenar dados. A maioria dos processadores modernos tem barramento de endereços com 36 bits, podendo assim endereçar até 64 GB de memória física. O barramento de dados tem 64 bits na maioria dos processadores modernos. O barramento de endereços é sempre unidirecional, ou seja, os bits são gerados pelo processador. O barramento de dados é bidirecional, ou seja, os dados são ora transmitidos, ora recebidos pelo processador. O barramento de controle contém vários sinais que são necessários ao funcionamento do processador, bem como controlar o tráfego do barramento de dados. Alguns dos seus sinais são de saída, outros são de entrada, outros são bidirecionais. Existem sinais para indicação do tipo de operação (leitura ou escrita), sinais se especificação de destino/origem de dados (memória ou E/S), sinais de sincronismo, sinais de interrupção, sinais que permitem a outro dispositivo tomar o controle do barramento, sinais de c1ock, sinais de programação e diversos outros. O Barramento dos Processadores Os barramentos de todos os processadores modernos operam de forma síncrona, ou seja, os eventos são sincronizados com um sinal de clock. Nos processadores antigos, cada operação era feita em dois, três ou mais períodos de clock. Nos processadores modernos, cada operação pode ser feita em um só período de c1ock. Infelizmente, nem sempre as memórias e outros dispositivos são tão velozes a ponto de acompanhar esta velocidade, e assim são feitas prorrogações chamadas de wait states. Por exemplo, um Pentium III operando com 64 bits (8 bytes) e clock de 100 MHz externos oferece uma taxa de transferência máxima de 800 MB/s (100 MHz x 8). Na prática, este valor não é alcançado, pois nem todas as transferências podem ser feitas em um único ciclo. Por exemplo, todas as memórias modernas podem transferir dados a cada período de clock, porém o primeiro dado demora mais a estar pronto, é o que chamamos de latência. Devido às latências das memórias e de outros dispositivos mais lentos, a taxa de transferência máxima nunca é obtida na prática. Barramento Externo (ou expansão) Interliga os diversos componentes do sistema de computação (memória ROM, unidades de entrada e saída); os periféricos cuja freqüência de operação é inferior à do processador. Slots de Conexão São locais onde se instalam as placas de conexão dos periféricos. Os periféricos (monitor de vídeo, modem, placas de rede, impressora, scanner etc.) se conectam ao computador por meio de conectores específicos. Esses conectores ficam agregados às placas denominadas de interfaces. Essas placas são conectadas aos slots. Assim, temos: Através dos slots, é possível a instalação de periféricos. Os principais slots encontrados são: AGP, PCI, ISA, AMR, CNR, FIREWlRE. Barramento ISA O Barramento ISA (Industry Standard Architecture) é formado por slots que trabalham com 8 e 16 bits por vez. Além disso, em placas-mãe antigas, o barramento ISA era usado internamente para a comunicação entre o processador e alguns chips presentes na placa-mãe. 22

23 O ISA surgiu no computador IBM PC na versão de 8 bits e, posteriormente, chegou ao IBM PC AT, passando a usar 16 bits de dados por vez (provando que se trata de um Figura 20 Barramento ISA barramento antigo). Como esse computador trabalhava a urna velocidade de 8 MHz (processador 286), o ISA herdou essas características, ou seja, passou a trabalhar nesta mesma velocidade. No barramento ISA, os processos de escrita/leitura requeriam pelo menos 2 períodos de clock, o que possibilita realizar no máximo 4 milhões de transferências de dados por segundo. Em outras palavras, cada transferência estava limitada a 16 bits, o que permitia uma taxa de transferência de no máximo 8 MB por segundo. Barramento PCI Criado pela lntel na época do desenvolvimento do processador Pentium, o barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) é utilizado até hoje. O motivo de tanto sucesso se deve à capacidade do barramento de trabalhar a 32 ou 64 bits, o que oferecia altas taxas de transferência de dados. Só para dar uma noção, um slot PCI de 32 bits pode transferir até 132 MB por segundo (considerando a velocidade do barramento de 33 MHz). O PCI também foi considerado "revolucionário" por suportar, até então, o poderoso recurso Plug and Play (PnP), que permitia que a placa instalada num slot PCI fosse automaticamente reconhecida pelo computador. Hoje em dia, os slots PCIs são usados por vários tipos de periféricos, como placas de vídeo, de som, de rede, modem, e adaptadores USB. A versão de 64 bits do PCI, cujo slot era um pouco maior que os slots de 32 bits, nunca chegou a ser popular. São raras as placas-mãe que usam esse tipo. Isso porque os slots de 32 bits, além de mais baratos, têm taxas de transferência suficientes para a maioria das aplicações. Teoricamente, a velocidade do barramento PCI equivale à metade do valor do clock externo do processador. Mas sabese que esse valor também é sujeito às especificações do chipset das placas-mãe. Barramento AGP Visando obter uma maior taxa de transferência entre a placamãe e as placas de vídeo (principalmente para uma melhor performance nas aplicações 3D), a lntel desenvolveu um barramento especial para a comunicação com o vídeo: o barramento AGP (Accelerated Graphics Port, Porta Aceleradora Gráfica). A principal vantagem do barramento AGP é o uso de uma maior quantidade de memória para armazenamento de Figura 21 Barramentos AGP e PCI texturas para objetos tridimensionais, além da alta velocidade no acesso a essas texturas para aplicação na tela. Observe na placa mãe da figura ao lado, AGP é o encaixe escuro que fica entre os slots PCI (brancos) e o encaixe do processador. Barramento PCI Express O padrão PCI surgiu no início da década de 90 e por mais de 10 anos foi o barramento mais utilizado para a conexão de dispositivos ao computador, principalmente lacas de vídeo, placas de som, placas de rede e modems. O barramento PCI trabalha com 32 bits por vez (mas há alguns slots PCI que funcionam a 64 bits), o que permite atingir a velocidade de 132 MB por segundo. Como as aplicações em 3D exigiam taxas maiores, o barramento AGP foi inserido no mercado, oferecendo taxas que vão de 266 MB por segundo (no padrão AGP IX) a 2128 MB por segundo (no padrão AGP 8X). Praticamente todas as placas-mãe com suporte a AGP só possuem um slot desse 23

24 tipo, já que o mesmo é usado exclusivamente por placas de vídeo. Ainda é necessário considerar que, apesar do AGP ter vantagens bastante razoáveis. Seu uso é destinado apenas às aplicações de vídeo. Acontece que som e rede, por exemplo, também evoluem. Na busca de uma solução para esses problemas, a indústria de tecnologia trabalhou (e trabalha) no barramento PCI Taxa de TransfeBarramento Express, cujo nome inicial era 3GIO. Trata-se de um padrão rência que proporciona altas taxas de transferência de dados entre o PCI 133 MB/s computador em si e um dispositivo, por exemplo, entre a AGP 2x 533 MB/s placa-mãe e uma placa de vídeo 3D. A tecnologia PCI AGP 4x MB/s Express conta com um recurso que permite o uso de uma ou AGP 8x MB/s mais conexões seriais, isto é, "caminhos" (ou lanes) para PCI Express x1 250 MB/s transferência de dados. Se um determinado dispositivo usa um caminho, então se diz que este utiliza o barramento PCI PCI Express x2 500 MB/s Express 1X; se utiliza 4 conexões, sua denominação é PCI PCI Express x MB/s Express 4X e assim por diante. Cada lane pode ser PCI Express x MB/s bidirecional, ou seja, recebe e envia dados. O PCI Express PCI Express x MB/s 1X consegue trabalhar com taxas de 250 MB por segundo, Tabela 6 Barramentos X taxa de um valor bem maior que os 132 MB do padrão PCI. Na transferência tabela ao lado comparamos as taxas de transferências dos barramentos PCI, AGP e PCI Express. Certamente, com o passar do tempo, esse limite aumentará. O barramento PCI Express é hot plug, ou seja, é possível instalarmos e removermos placas PCI Express mesmo com o micro ligado. Vejam na figura abaixo ( corte de uma placa mãe) uma visão dos barramentos e os respectivos conectores os slots PCI Express. Figura 22 Visão dos Barramentos PCI e PCI Express com seus possíveis conectores Barramento Serial (ou porta COM) Usado para conectar o mouse e outros componentes que não exigem muita velocidade de comunicação. É antigo, usa o conector DB-9 (conector é o nome dado ao plug que é encaixado na traseira do computador) e baseia-se no padrão de comunicação RS-232. Sua taxa de transferência se limita a14,4 KB/s (l15 Kbps). O Barramento Serial, como o próprio nome descreve, funciona de forma serial, ou seja, transfere bit a bit (um bit por vez) em um único condutor elétrico (fio). Lembre-se: 1B (Byte) equivale a 8b (bits). Ou seja: 1KB/s é igual a 8Kbps ou ainda: 3MB/s é a mesma coisa que 24Mbps. Para converter algo dado em Bytes para bits, basta multiplicar o valor dado por 8 24

25 (oito). Para converter de bits para Bytes, divida o valor dado por 8 (oito). Barramento (Porta) LPT (Paralelo) Usado para conectar vários componentes mais exigentes, como impressoras, scanners etc. Também se baseia no padrão de comunicação RS-232 e transfere dados de forma paralela (vários condutores - fios -lateralmente dispostos transferindo vários bits por vez). O conector usado é o mais largo, chamado DB-25. A taxa de transferência chega a 1,2MB/s (9,6Mbps). A figura ao lado mostra um exemplo de conector serial e paralelo. Figura 23 Conectores serial e paralelo Barramento USB O barramento USB (Universal Serial Bus) funciona de forma seria. Permite ligar até 127 equipamentos simultaneamente. Sua taxa de transferência é de l,5mb/s (12Mbps). A nova versão do USB, que é chamada USB 2.0, tem a taxa de transferência 40 vezes maior, chegando a 60MB/s (480Mbps). O Barramento USB é completamente Plug And Play, ou seja, o computador reconhece automaticamente qualquer componente instalado nesse barramento, sem precisar desligar a máquina (hot Plug and Play). A figura 11 (na unidade Teclado) apresenta a figura do conector USB. Barramento FireWire O Firewire é um barramento serial de altíssimo desempenho que proporciona a conexão de diversos equipamentos, utilizando uma topologia flexível e proporcionando uma relação custo-benefício bastante atraente. O barramento Firewire, criado pela Apple no início da década de 90, foi adaptado, em 1995, e padronizado pela norma IEEE Sua capacidade de comunicação pode atingir até 30 vezes a velocidade do USB (Universal Serial Bus, leia artigo sobre o assunto). Sua idéia é parecida com a do USB: possui uma interface simples capaz de receber até 63 dispositivos, como drives de discos, câmeras digitais, televisão digital, computadores, etc., como mostrado na figura abaixo. Figura 24 Exemplo de conexão de equipamentos com o Firewire Porta PS/2 Um padrão que possui transmissão serial e que permite a conexão de teclado e mouse. A figura 11 também apresenta a figura do conector PS/2 (na unidade Teclado). Tecnologia Bluetooth Usada para conectar os componentes do computador sem o uso de fios (através de ondas 25

26 eletromagnéticas - radiofreqüência). A faixa de freqüência usada por esse sistema é 2,4GHz e seu raio de ação ideal é de 10 metros. Já existem impressoras, mouses, teclados, monitores bluetooth. A taxa de transferência do bluetooth é de cerca de I MB/s, ou seja, um pouco menor que o barramento USB. Outros Barramentos Nos computadores, existiram outros barramentos, como o VLB (Vesa Local Bus), o MCA (Micro Channel Architecture), o EISA (Extended Industry Standard Architecture) e outros barramentos proprietários, que consistiam em barramentos de, geralmente, 32 bits, que certos fabricantes criaram para a conexão de placas especiais a seus produtos. O grande problema desses barramentos, que foi inclusive o motivo de sua extinção, era a falta de padronização. Ou seja, se uma pessoa adquirisse uma placa de um fabricante A com um slot proprietário, não poderia conectar neste slot uma placa qualquer de um fabricante B. MEMÓRIAS As memórias são as responsáveis pelo armazenamento de dados e instruções em forma de sinais digitais em computadores. Para que o processador possa executar suas tarefas, ele busca na memória todas as informações necessárias ao processamento. Está dividida em duas partes básicas: Memória RAM e Memória ROM. Memória ROM (Read Only Memory) ROM é a sigla para Read Only Memory (memória somente de leitura). Já pelo nome, é possível perceber que esse tipo de memória só permite leitura, ou seja, suas informações são gravadas pelo fabricante uma única vez e após isso não podem ser alteradas ou apagadas, somente acessadas. Em outras palavras, são memórias cujo conteúdo é gravado permanentemente. Observe na figura ao lado um chip de uma memória ROM. Figura 25 - ROM Ela não é volátil, ou seja, a informação contida nela permanece mesmo que desliguemos o computador. Na verdade, mesmo que o chip de memória ROM seja retirado do micro e guardado em um armário a informação continuará armazenada dentro dele. Outra característica é que a segurança de uma memória ROM é bastante grande, já que ela não pode ser facilmente modificada. Na verdade, alguns tipos de ROM nem podem ser modificados. Os principais tipos de memória ROM são: ROM (Read Only Memory) este tipo de ROM é feita na fábrica para desempenhar uma função pré-determinada e não pode ser programada ou modificada de nenhuma forma. Alguns dispositivos como calculadoras e telefones celulares costumas utilizá-las. Poderíamos compará-la ao CD-ROM comercial, aquele que compramos com um determinado programa pré-gravado; PROM (Programmable ROM) Este tipo de ROM pode ser programada através de um equipamento especial usado em laboratórios. Porém, uma vez programada, não pode ser modificada de nenhuma forma. Muito útil para quem trabalha com hardware em laboratório e para quem precisa de segurança máxima. É como se fosse um disco virgem de CD-R; EPROM (Erasable PROM) É uma PROM que pode ser apagada e programada novamente. Só que este tipo de PROM só pode ser apagada e programada utilizando-se aparelhos existentes em laboratório eletrônicos, como emissores de luz ultravioleta, etc. Mantendo a analogia com CDs, seria o disco de CD-RW; EEPROM (Electrical Erasable PROM) Esta PROM pode ser apagada e reprogramada sem o uso de aparelhos específicos. Na verdade, basta um programa especial para apagá-la e reprogramá-la. Atualmente, quase todos as placas mães disponíveis no mercado possuem EEPROMs para armazenar o BIOS, permitindo assim o famoso upgrade ou atualização de BIOS. As memórias EEPROM encontradas nas atuais placas-mãe são chamadas de Flash-ROM ou Flash-BIOS. 26

27 Existem três programas básicos instalados na memória ROM: BIOS (Basic Input Output System) - sistema básico de entrada e salda. Contém instruções para que o processador possa trabalhar com os periféricos mais básicos do sistema, tais como os circuitos de apoio, a unidade de disquete e o vídeo em modo texto; SETUP (Configuração) - programa que permite configurar o hardware do microcomputador; POST (Power-On Self Test) - é o programa que faz um autoteste sempre que o computador é ligado. Dentre as principais funções do POST incluem-se: inicialização do vídeo, identificação da configuração instalada, testa a memória, inicializa todos os periféricos de apoio (chipset) da placamãe, testa o teclado, carrega o sistema operacional para a memória RAM, e finalmente entrega o controle do microprocessador ao sistema operacional. Quando se entra no Setup, as alterações efetuadas são armazenadas na memória de configuração da placa mãe, também chamada memória CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semicondutor), memória esta do tipo Flash-ROM. A memória de configuração é uma memória que mantém os programas citados acima, as configurações específicas configuradas pelo próprio Setup, além da data e hora do sistema. Para que estas informações sejam mantidas, as placas-mãe têm uma bateria que alimenta essa memória, para que as informações de configuração não sejam perdidas quando o micro for desligado. Memória RAM (Random Access Memory) É a memória de acesso aleatório, também conhecida como memória principal. É na memória principal que os dados de um programa são executados, onde o principal programa executado é o Sistema Operacional. É uma área volátil, ou seja, se o computador for desligado inconvenientemente ou intencionalmente, os dados os dados armazenados nessa memória serão perdidos. Assim, se uma pessoa estiver utilizando um programa de edição de textos e a energia acabar, ela perderá as informações da memória, caso não tenha gravado em um disco magnético. Essa memória é um item de referência na especificação de um determinado computador, ou seja, é a memória comercial, facilmente comprada em lojas de informática. Atualmente, é comum uma configuração de pelo menos 256 MB de memória, porém recomendável ter 512 MB para um melhor desempenho do sistema. Para o caso do recente lançamento do novo sistema operacional Windows Vista, recomenda-se pelo menos 1 GB de memória RAM. As memórias RAM podem ser do tipo DRAM (Memória RAM Dinâmica) e do tipo SRAM (Memória RAM Estática). A memória DRAM armazena informações através de minúsculos capacitores que armazenam os bits e que precisam ser continuamente carregados, operação esta chamada de refresh (circuito de refresh). As memórias dinâmicas são baratas, de fácil integração (muita capacidade em pouco espaço), com baixo consumo, porém consideradas lentas, pois necessitam do refresh. A memória SRAM utiliza, em vez de capacitores, circuitos digitais chamados flip-flops para o armazenamento dos bits, e não necessitam de nenhum tipo de refresh. É um tipo de memória mais cara com maior consumo e os circuitos são maiores de difícil integração São bem mais velozes que as DRAM (tempo necessário para acesso aos dados armazenados). As memórias SRAM são utilizadas em chips de memórias cachê. Existem ainda as memórias VRAM (Vídeo RAM) usadas especificamente para placas de vídeo. Vejamos na tabela abaixo as vantagens e desvantagens de cada uma delas: Tipo de RAM Vantagens Desvantagens DRAM Baixo custo e maior integração Mais lenta (uso do refresh) SRAM Mais rápida (não usa refresh) Alto custo. Tabela 7 Vantagens e desvantagens das memórias DRAM e SRAM Existem diferentes formatos para os módulos de memória. Além disso, os chips de memória destes 27

28 módulos também podem possuir tecnologias diferentes. É bastante comum as pessoas confundirem formatos de módulos (SIMM, DIMM, etc.) com a tecnologia das memórias que os compões (FPM, EDO, SRAM, etc.) Formatos dos Módulos de Memória Os formatos dos módulos de memória são padronizados e estabelecidos por organismos internacionais. A razão para termos módulos de formatos diferentes é decorrente do avanço da tecnologia, de forma a melhorar seu desempenho e consequentemente uma melhor performance do comutador. Os módulos de memória são também popularmente chamados de pentes de memória. Abaixo citamos os principais módulos de memória: SIPP (Single Inline Pin Package): É um módulo de memória de 8 bits encontrado em versões de 256 KB, 1 MB e 4 MB. Os seus terminais eram similares aos encontrados nos circuitos integrados e no formato de pinos. Por não ter um manuseio simples ele foi logo substituído; SIMM (Single In Line Pin Package): É um módulo de memória de 8 bits, encontrado em versões de 256 KB, 1 MB e 4 MB. Os primeiros módulos no formato SIMM tinha 30 contatos elétricos (terminais ou vias) e foi comum nos processadores 386 e 486. Posteriormente foram criados os módulo de 32 bits, encontrado em versões de 4 MB, 8 MB, 16 MB e 32 MB, agora com 72 vias. Este módulo foi comum nos 486 e nos Pentium; DIMM (Dual In Line Memory Module): Os módulos DIMM são capazes de transferir 64 bits de cada vez para o processador. Atualmente existem 3 formatos de módulos DIMM no mercado: DIMM de 168 vias (84 contatos em cada lado), DIMM de 184 vias (92 contatos em cada lado) e DIMM de 240 vias (120 contatos de cada lado). O DIMM 168 é composto normalmente por memórias com tecnologia SDRAM, o DIMM 184 usa memórias com tecnologia DDR e o DIMM 240 usa memórias com tecnologia DDR2. Portanto, o DIMM é o módulo utilizado na maioria dos computadores atualmente e possuem versões de até 2GB; SODIMM (Small Outine DIMM): É usado em notebooks onde o espaço ocupado por um módulo DIMM seria muito grande, ou seja, um DIMM num formato menor. Temos módulos no formato SODIMM de 72 vias (pinos) que fornecem apenas 32 bits para o processador e dos formatos SODIMM de 144 vias (pinos) e 200 vias (pinos) que fornecem 64 bits para o processador; RIMM (Rambus In Line Memory Module): É um módulo de memória de 64 bits, encontrado em versões de 64 MB a 2 GB. O módulo RIMM possui 184 pinos e é usado somente nos módulos de memória que utilizam os chips com tecnologia Rambus; SORIMM (Small Outine RIMM): É uma versão mais compacta do RIMM para ser usada em notebooks; Outros formatos: Existem outros formatos menos comuns, tais como o CompactFlash Card, SmartMedia, SecureDigital, etc. mas estes tipos de memória são normalmente utilizadas como dispositivo de armazenamento de dispositivos tais como Palmtops, Câmeras digitais etc. Neste casos, eles utilizam um tipo de memória RAM não volátil chamada Flash-RAM. Na prática funcionam com se fossem pequenos HDs, mas com tempo de acesso de memória RAM. Nos módulos de memória citados acima, podemos utilizar as seguintes tecnologias de circuitos de memórias: FPM (Fast Page Mode): Foi a tecnologia mais usada no início dos módulos de memória. O FPM permite rápido acesso aos dados que estão na mesma linha da memória (um chip de memória RAM é formado por conjunto de matrizes de células de memória); EDO (Extended Data Out): É uma evolução da tecnologia FPM. Nela a leitura de dados da memória é otimizada, fazendo com que os chips com tecnologia EDO sejam cerca de 10 a 20% mais rápidos que os chips FPM. Chips com tecnologia EDO são achados comumente em módulos SIMM de 72 vias e também em módulos DIMM de 168 vias e SODIMM; SDRAM (Synchronous Dynamic RAM): Esse tipo de memória permite que o processador não tenha que esperar a memória devolver os dados, isso por se uma memória síncrona (synchronous) com o processador, enquanto o FPM e EDO eram assíncronos. Assim, o controlador de memória 28

29 sabe exatamente em que ciclo de clock a informação estará disponível para o processador, evitando que o processador espere os dados. Isto significa que a memória funciona sincronizada pelo sinal de clock. O uso do clock do sistema com memórias DRAM permite que o sistema trabalhe de maneira bastante rápida, pois este é previsível. A maioria dos micros atuais usa memórias DRAM síncronas (SDRAM) ou derivadas desta tecnologia (DDR, etc.); RDRAM (Rambus DRAM): A Direct Rambus é uma tecnologia de DRAM inovadora e extraordinariamente rápida se comparada com as outras tecnologias. Cada dispositivo de memória em um módulo RDRAM provê uma largura de banda de até 1,6 Gigabytes por segundo, duas vezes a largura de banda das memórias SDRAM de 100 MHz. Porém é uma tecnologia proprietária e cara e é cada vez mais difícil encontrar placas-mãe que suportem este tipo de memória; DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): É um avanço em relação ao padrão SDRAM simples. As memórias Single Data Rate (as SDRAM) só transferem dados na subida do sinal de clock. As memórias DDR-SDRAM transferem dados na subida E na descida do sinal de clock, dobrando a taxa de transferência de dados (data rate). As memórias DDR têm velocidades que variam de 100 MHz a 400 MHz e taxas de transferência de 800 MB/s a 3200 MB/s; DDR 2 e DDR 3: São é uma evolução da memória DDR. Entre suas principais características estão o menor consumo de energia elétrica, menor custo de produção, maior largura de banda de dados e velocidades mais rápidas. O padrão DDR2 trabalha com as freqüências de 400 MHz a 800 MHz, com taxas de transferências de 3200 MB/s a 6400 MB/s. Algumas fabricantes já estão produzindo memórias DDR3, com velocidades de 1066 MHz a 1333 MHz (dependendo do fabricante), e deverão consumir até 40% de energia a menos do que as memórias DDR2 (dependendo do modelo). Porém, a Intel não prevê a utilização das memórias DDR3 nas suas plataformas antes do segundo semestre de 2007, enquanto que a democratização da memória DDR3 não está prevista antes do início de Abaixo, são mostradas imagens dos módulos de memória com suas respectivas tecnologias possíveis. DDR MHz MB e 1 GB -Kingston PC4300 DDR2 FB-DIMM - 4 GB MHz Super Technology Figura 26 Módulos de Memória Memória Virtual No momento em que se deseja armazenar mais dados do que realmente cabem na memória RAM, o sistema operacional apresenta uma mensagem de erro, informando que não há mais memória disponível, ou seja, houve um "estouro" na memória. Com esse esquema, pode-se simular um computador com mais memória RAM do que ele realmente tem. A memória extra conseguida por 29

30 meio dessa técnica é armazenada em um arquivo do disco rígido, chamado de arquivo de troca (swap file). Nos sistemas operacionais mais atuais, o sistema operacional controla o tamanho do arquivo de troca automaticamente, aumentando e diminuindo o tamanho do arquivo, à medida que o usuário precisar (ou não) do uso desse recurso. Com isso, o arquivo de troca tem até o tamanho do espaço disponível no disco rígido da máquina. DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO Diversos dispositivos ou meios de armazenamento são utilizados em um computador, necessários para o uso dos sistemas computacionais. Eles servem para armazenar os softwares (sistemas operacionais, protocolos de comunicação, aplicativos, etc.) e dados utilizados pelos sistemas. Os dispositivos de armazenamento denominados de memórias secundárias, ou auxiliares, e são do tipo não voláteis, ou seja, não perdem as informações quando o computador é desligado. Apresentamos, a seguir, os principais dispositivos de armazenamento. Disco Rígido (HD) Disco rígido, ou simplesmente HD (Hard Disk), também conhecido como winchester, é a parte do computador onde são armazenadas as informações disponíveis sempre que um computador for ligado. Duas características são importantes em um HD: a capacidade de armazenamento de informações e a velocidade. São comuns no comércio os HDs de 40 GB, 80GB, 120 GB, 160 GB e até 320 GB. Porém, já existem HDs com maior capacidade de armazenamento. A Hitachi Global Storage Technologies anunciou a fabricação do HD de 1 TB (janeiro de 2007), enquanto a Dell iniciou nos Estados Unidos a venda de PCs com HD de 1 TB (março 2007). A Hitachi prevê para 2010 HDs de 3,5 polegadas com capacidade de 5 TB de armazenamento. Quanto à velocidade dos HDs, este é medido em rotações por minuto (rpm). Os HDs atuais mais comuns possuem a configuração de 5400 rpm ou 7200 rpm. Porém, já existem HDs de rpms. As tecnologias de HDs usam os padrões de conexão SATA e/ou PATA. O disco rígido é um sistema lacrado contendo discos de metal recobertos por material magnético onde os dados são gravados através de cabeças, e revestido externamente por uma proteção metálica que é presa ao gabinete do computador por parafusos. É nele que normalmente gravamos dados (informações) e a partir dele lançamos e executamos nossos programas mais usados. 30

31 Portanto, o disco rígido possui uma ou várias superfícies de gravação/leitura com uma estrutura de gravação composta por cilindros, trilhas e setores, onde um cilindro é definido como sendo um conjunto de trilhas verticalmente alinhadas e com mesmo diâmetro e compostas por setores que são as unidades físicas de gravação. O mecanismo de leitura e gravação é feito por meio de cabeçotes, e funciona como um eletroímã Figura 27 Disco Rígido HD extremamente pequeno e preciso, a ponto de ser capaz de gravar trilhas medindo menos de um centésimo de milímetro. Quando estão sendo gravados dados no disco, a cabeça utiliza seu campo magnético para organizar as moléculas de óxido de ferro da superfície do disco para a devida gravação. Para que o disco rígido seja usado e instalado o sistema, é preciso que antes sejam criadas estruturas que permitam gravar os dados de maneira organizada, para que eles possam ser encontrados mais tarde. Este processo é chamado de formatação, onde temos as formatações física e lógica. A formatação física é feita apenas na fábrica e consiste em dividir o disco virgem em trilhas, setores e cilindros. Estas marcações funcionam como as faixas de uma estrada, permitindo à cabeça de leitura saber em que parte do disco está, e onde ela deve gravar dados. A formatação física é feita apenas uma vez, e não pode ser desfeita ou refeita através de software. A formatação lógica é necessária para que o disco possa ser utilizado e reconhecido pelo sistema operacional. Ao contrário da formatação física, a formatação lógica não altera a estrutura física do disco rígido, e pode ser desfeita e refeita quantas vezes for preciso, através de recursos do próprio sistema operacional. Quando um disco é formatado, ele simplesmente é organizado do jeito do sistema operacional, preparado para receber dados. A esta organização damos o nome de sistema de arquivos. Um sistema de arquivos é um conjunto de estruturas lógicas e de rotinas que permitem ao sistema operacional controlar o acesso ao disco rígido. Diferentes sistemas operacionais usam diferentes sistemas de arquivos. Os sistemas de arquivos mais conhecidos são: FAT16 (File Allocation Table): É o sistema de arquivos utilizado pelo MS-DOS, onde existe uma Tabela de Alocação de Arquivos, que na verdade é um mapa de utilização do disco. A FAT mapeia a utilização do espaço do disco permitindo ao sistema operacional saber onde exatamente no disco um determinado arquivo está armazenado; FAT32: É uma evolução do ainda mais antigo FAT16 introduzida a partir do Windows 95; HPFS (High Performance File System): Sistema de arquivos proprietário da IBM usado pelo sistema operacional OS/2; NTFS (New Technology File System): Sistema de arquivos proprietário da Microsoft criado para uso pelo sistema operacional Windows NT, que contém o recurso de permissões de arquivo para sistemas multiusuário. As novas versões do NTFS são utilizadas pelas versões mais atuais do Windows, como Windows 2000, XP e Vista; EXT2 e EXT3 (Extended File System) é um sistema de arquivos de disco de alto desempenho utilizado pelo sistema operacional Linux, e substitui a versão original do EXT. O EXT3 é uma evolução do EXT2. 31