Fundamentos e Arquitetura de Computadores Hardware

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1 Como funciona o computador Um computador é composto por uma parte física e uma parte lógica. Uma não vive sem a outra. Por isso, se você montar o gabinete com todos os seus componentes, mas não instalar os programas, a máquina não vai funcionar mesmo. Comparado ao corpo humano, a parte física dos computadores pode ser considerada como sendo nossos ossos, pele, membros e órgãos, enquanto a parte lógica seria o pensar, raciocinar, decidir, enfim as funções que nosso cérebro exerce e que comandam a parte física. A parte física do computador Corresponde aos componentes que podemos tocar com as mãos, como: Gabinete; Monitor; Disco rígido e placa mãe; Teclado e mouse. A parte lógica do computador Corresponde aos programas, componentes que não podemos tocar com as mãos: Sistema operacional Windows; Microsoft Word; Microsoft Excel; Sistema operacional Linux; BrOffice Writer; BrOffice Calc, etc. IMPORTANTE Nomenclatura Por definição chamamos as partes físicas de um computador de hardware e as lógicas de software. A Lógica do Computador A tarefa de um computador nada mais é do que receber uma informação, transformá-la e apresentá-la em forma de resultado, isso é o que chamamos de processamento. Processamento: Para que uma informação seja processada por um computador, basta que ela seja codificada de uma forma que possa ser modelada por um conjunto de números. Estes números serão então expressos no sistema binário e processados pelo computador. Sistema Binário: Uma máquina não entende nossa língua ou mesmo palavras digitadas. Ela somente compreende o sistema binário, representado por sinais elétricos, que podem ser positivos ou negativos, e é aqui que entra a lógica. Lógica: A lógica se responsabiliza em entender e traduzir as informações para que o hardware seja capaz de interpretá-las. O caminho da informação A principal função de um computador é receber dados, transformá-los e apresentálos em forma de resultados (informação). A esse conjunto de tarefas damos o nome de processamento. Para realizar um processamento, os componentes do computador devem trabalhar em conjunto e de maneira organizada. 1

2 A entrada de dados O processamento da informação começa quando inserimos os dados utilizando dispositivos de entrada. Como exemplo de dispositivos de entrada, temos: O processamento Ao receber os dados de entrada, o processador entra em ação. Ele é o responsável pela manipulação dos dados. Podemos entendê-lo como o "coração" do computador. Porém, o processador sozinho não pode realizar todas as tarefas. O processador necessita armazenar os dados em algum lugar, para poder trabalhar com eles de forma ordenada. É para isso que serve a memória RAM. Ela armazena todos os dados temporários que vão para o processador e também os dados já processados que vão para os dispositivos de saída. Memória RAM Chamamos os dados armazenados na memória RAM de temporários porque eles são utilizados somente durante o processamento e são apagados assim que desligamos o computador. 2

3 A saída de resultados O resultado final do processamento da informação é enviado aos dispositivos de saída, que têm a função de apresentar os dados processados para o usuário. Nesse grupo estão incluídos os dispositivos apresentados abaixo: Além desses dispositivos, existem muitos outros com funções específicas, que veremos em detalhes mais adiante. A parte lógica A parte lógica é o "cérebro" do computador. É ela que comanda os dispositivos de entrada, o processamento e os dispositivos de saída. Os programas ou softwares são responsáveis por interagir e comandar a parte física. São os programas que indicam ao processador quais são os passos que ele deve seguir e quais dispositivos devem ser acionados para a realização de uma determinada tarefa. IMPORTANTE Conceito de programas Os programas auxiliam o usuário na interação com o computador. Logo, o programa está em sintonia com os dispositivos físicos do computador para executar as tarefas e armazenar informações necessárias ao usuário. Os programas são construídos com diversos objetivos: facilitar, agilizar e organizar tarefas específicas, como: editar textos ou criar uma planilha para cálculos. Como se faz um programa: Para construir ou, como os programadores costumam dizer, desenvolver um programa é necessário que um software especial seja utilizado. Chamamos esse software especial de Ferramenta ou Software de Desenvolvimento. Os programas nascem da linguagem de programação empregada nessas ferramentas de desenvolvimento e 3

4 devem desempenhar a tarefa planejada pelo programador. Portanto, a pessoa que trabalha na confecção de programas necessita ter um bom conhecimento da linguagem que irá empregar. Cada ferramenta de desenvolvimento tem sua linguagem própria, mas todas seguem a mesma lógica. Como exemplo de software de desenvolvimento podemos citar: Visual Studio.NET, Delphi, Visual C. Como exemplo de linguagem de programação, temos: Basic, C#, C++ e Java. Veja o trecho de um programa escrito em C#, utilizando a tecnologia Microsoft.NET que imprime o texto "Estudando Programação" na tela do computador: using System; namespace TestesDaSolucaoBase { /// <summary> /// Summary description for Run. /// </summary> public class Run { [STAThread] static void Main (string[] args) { Console.WriteLine("Estudando Programação"); Console.Read(); } } } O funcionamento físico e lógico juntos. Quando digitamos uma letra, imagine A, o computador percorre as seguintes etapas: Você digita a tecla A no teclado - dispositivo de entrada. O software no qual você digita a palavra (pode ser no WORD) interage com a parte lógica o processador transformando a letra em impulsos elétricos positivos ou negativos. Os impulsos positivos são entendidos como 1s (uns) e os negativos como 0s (zeros), os famosos bits. Assim a letra A será armazenada na memória RAM como um conjunto de zeros e uns que no nosso caso poderá ser: Para a letra A ser visualizada acontece o percurso inverso. A memória RAM informa o conjunto de bits, que serão processados e transformados em pontos no monitor dispositivo de saída. IMPORTANTE Bits e Bytes Os computadores entendem impulsos elétricos positivos e negativos sendo convertidos em 1s (uns) e 0s (zeros), respectivamente. Cada impulso elétrico é considerado um Bit (BInary digit ou Dígito Binário) e o conjunto de 8 bits é igual a um Byte. 4

5 Capítulo 1 - O que é Hardware? Você já aprendeu que o computador é formado por uma parte física e outra parte lógica. A parte física é composta por dispositivos, placas e componentes. Chamamos a parte física do computador de Hardware. Vamos ver o que isso significa e conhecer melhor todos os componentes que o compõe. IMPORTANTE A Tarefa do Hardware A tarefa do Hardware é executar os diversos passos lógicos fornecidos pelos programas de computador, com o objetivo de realizar tarefas. Capítulo 2 - Dispositivos de entrada São dispositivos de entrada todos os componentes que o usuário dispõe para enviar comandos ou dados ao computador. Os dispositivos de entrada convertem as informações em seqüências de código binário (bits - 0 e 1), que são interpretadas pelo processador. Os dispositivos de entrada mais comuns são: o teclado e o mouse. Enviando dados Por exemplo, com o teclado é possível escrever um texto, enviando dados (ao digitar os comandos de cada caracter) para o computador. O mesmo ocorre com o mouse; ao clicar duas vezes em um ícone, o computador entende que você deseja executar o programa que está associado ao ícone clicado. As duas formas de entrada enviam ao computador comandos que dizem a ele o que fazer. 5

6 Capítulo 2 - O teclado O teclado permite enviar comandos e dados ao computador. Ele foi criado antes do mouse e é o principal dispositivo de entrada de informações que utilizamos. Capítulo 2 Conectores do teclado Para enviar as informações digitadas, o teclado deve estar conectado ao computador. Para isso, existem os conectores, que no caso do teclado são: Din, PS/2 e USB. O conector Din está localizado na parte de trás dos gabinetes, acoplado diretamente à placa mãe. Esse tipo de conector é encontrado em computadores mais antigos. O conector PS/2 é o mais utilizado atualmente. Ele é acoplado diretamente à placa mãe, e normalmente, está localizado ao lado da entrada do mouse. Os novos modelos de teclado estão vindo com um conector USB que é mais veloz que o PS/2. Eles também são conectados na parte traseira do seu computador. Macho e fêmea Conector PS/2 Conector Din USB Os dispositivos acoplados externamente ao computador têm dois tipos de conectores: conector fêmea: é o local onde o plug é encaixado; conector macho: é o encaixe do cabo do teclado no computador. 6

7 Capítulo 2 Mouse O mouse é um dispositivo de entrada que envia ao computador dados sobre as coordenadas x e y, relativas ao movimento do cursor na tela. E ainda, envia comandos pelos cliques de seus botões. Botões do mouse O mouse pode ter de dois a três botões. O botão esquerdo e o direito apresentam as mesmas funções que um mouse de três botões, contudo o terceiro botão (o botão do meio) é destinado a funções específicas. Essas funções são determinadas pelo usuário como, por exemplo, abrir um programa que é de uso constante. Há também alguns mouses que apresentam uma roda entre os botões direito e esquerdo, essa roda é chamada de Scroll Wheel e desempenha diversas funções como, por exemplo, rolar uma página até seu final. Capítulo 2 Conectores do Mouse Os conectores mais utilizados são: o conector serial, o conector PS/2 e a entrada USB. Abaixo são exemplificados os três tipos de conectores para o mouse. 7

8 DICA Como funciona nas placas mais modernas Algumas placas, como a placa mãe ATX, além de apresentarem o conector PS/2 para o mouse, apresentam também o conector serial. Nesse caso, utilizamos o conector PS/2, pois é um conector com uma comunicação mais rápida, deixando livre o conector serial para a instalação de outro dispositivo. Atualmente utiliza-se entrada e saída USB. Capítulo 2 Outros dispositivos de entrada Capítulo 3 Dispositivos de Processamento Os dispositivos de processamento têm como função transformar os dados enviados pelos dispositivos de entrada em informação compreensível para o computador, ou seja, em código formado por 0s e 1s. Há vários dispositivos que participam em conjunto para o processamento das informações. O dispositivo que liga todos esses componentes é chamado Placa mãe. Nela estão acoplados o processador, as placas de vídeo, som, rede, fax modem e as memórias. PLACA MÃE É a placa onde são conectados todos os componentes que estão presentes dentro do gabinete. A placa mãe, conhecida também como motherboard, é a principal placa do computador. Ela serve de base para a conexão de todos os dispositivos de um computador. É através de suas conexões, que os componentes conversam entre si. 8

9 Chipset O conjunto de alguns chips embutidos na placa mãe é denominado chipset da placa mãe. O chipset possibilita a comunicação entre todos os componentes e o processador, pois é o centro de todas as transferências de dados. Ele é composto por uma série de chips interligados diretamente à placa mãe, na qual está soldado, o que impede que seja reutilizado ou substituído. Capítulo 3 - O Processador O processador é um circuito integrado construído sobre um pequeno pedaço de silício. Ele contém milhões de transistores ligados entre si por fios superfinos de alumínio, o que permite a realização de muitas tarefas ao mesmo tempo. É o processador que executa os programas e aciona os demais componentes no computador. Dessa forma, costuma-se dizer, que o processador é o cérebro do computador. DICA Cooler (ventoinhas) Todos os processadores modernos necessitam de um cooler (ventoinhas) para dissipar o calor que é produzido por seu funcionamento. Junto às ventoinhas há um dissipador de calor que normalmente é de alumínio ou cobre. Ele se encaixa ao processador, aumentando assim a superfície de contato com o ar e possibilitando uma melhor refrigeração. Alguns coolers não conseguem refrigerar o processador corretamente fazendo com que ele se aqueça demais. O superaquecimento pode ocasionar os chamados travamentos, ou seja, o computador pára o seu funcionamento não respondendo mais a nenhum comando. Além disso, um superaquecimento pode ocasionar danos irreparáveis ao processador. 9

10 História dos Processadores Processador = microprocessador = CPU (Central Processing Unit) = UCP (Unidade Central de Processamento). Atualmente, duas grandes empresas dividem o mercado de processadores: Intel e AMD. Conheça como ocorreu o desenvolvimento dos processadores em cada época. Não se esqueça de observar as mudanças de um modelo para outro, o número e tipos de funções, as diferenças de velocidade e o propósito de cada modelo: Processadores Intel Processador Intel 4004 O primeiro modelo lançado pela Intel foi o 4004, em Foi também o primeiro processador disponível comercialmente. Ele era capaz de somar 2 números de 4 bits em 11 milionésimos de segundo. Processadores Intel 8086 e e 8088 Esses processadores foram lançados em junho de 1978, pela Intel. São processadores compatíveis, embora o 8086 seja um processador mais rápido que o O 8086 é capaz de transportar uma palavra de 16 bits, já o 8088 transporta apenas palavras de 8 bits, sendo necessárias duas operações. Embora mais lento que o 8086, a IBM decidiu utilizar o 8088 para manter os custos de sua nova linha de computadores pessoais e manter também a compatibilidade com outros chips. O uso do processador 8088 foi o pivô de vendas desse novo computador. Até hoje, o módulo básico de programação de um processador é o mesmo que o utilizado nos processadores 8088/

11 Processador Intel 286 O processador 286, também conhecido como 80286, foi lançado em É o sucessor dos processadores 8086 e 8088 e foi utilizado pela IBM em seus computadores pessoais conhecidos como PC/AT. Seu lançamento foi um marco na história dos processadores, pois foi o primeiro processador fabricado pela Intel com a capacidade de executar todos os softwares escritos para seus antecessores. Essa compatibilidade foi usada como estratégia de marketing dos microprocessadores Intel. Com isso, após seis anos, havia cerca de 15 milhões de computadores com base no 286 instalados pelo mundo. Processador Intel 386 O processador 386 foi lançado em Ele tinha maior capacidade de endereçamento e de multitarefa, ou seja, era capaz de executar vários programas ao mesmo tempo. O processador 386 continha transistores internamente, 100 vezes mais que o processador Processador intel 486 A geração dos processadores 486, lançada em 1989, foi significativa para o mercado de computadores, pois viabilizou o uso do ambiente gráfico (Windows), devido ao fato de sua tecnologia "acelerar" o processamento. Esse processador foi disponibilizado em duas versões DX e SX. A versão DX continha um co-processador matemático integrado, enquanto a versão SX tinha esse co-processador desativado. Depois de viabilizar a utilização de ambientes gráficos, o próximo passo foi agilizar o processamento das funções multimídias (áudio, imagens, vídeos, gráficos). 1

12 Processador Intel Pentium O processador Pentium, lançado em 1993, aumentou a velocidade dos processadores da família x86. A partir dele, foi possível o processamento muito mais rápido de dados, sons, escrita manual e fotografias. Processador Intel Pentium Pro O Pentium Pro, também chamado de P6, foi disponibilizado no fim de 1995, era destinado a servidores e estações de trabalho que exigiam grandes processamentos, pois executavam aplicações críticas. Cada processador Pentium Pro era encapsulado junto a um segundo processador que funcionava como um acelerador de memória. O poderoso Pentium Pro ostentava 5,5 milhões de transistores. Processador intel Pentium MMX O Pentium MMX foi lançado logo após o Pentium e já trazia embutidas 57 novas instruções, conhecidas como MMX. Essas instruções tinham o objetivo específico de beneficiar o processamento de softwares multimídia, que processam áudio, vídeos, gráficos, imagens. Processador pentium II O processador Pentium II foi lançado em Seu projeto teve como base o Pentium Pro, porém numa nova versão mais apropriada para o uso doméstico. Além de incorporar a tecnologia Intel MMX, tinha um processador de memória de alta velocidade. Esse processador permite capturar, editar e compartilhar fotos digitais via Internet; editar e inserir textos, músicas ou outras imagens, como filmes domésticos, e com um videofone, transmitir vídeo por linhas comuns de telefone e pela Internet. 1

13 Processador Intel Celeron O Celeron foi uma estratégia da Intel para lançar uma versão de baixo custo do Pentium II, lançado em O Celeron original, nada mais era que um Pentium II desprovido do processador de memória de alta velocidade e do invólucro de plástico, responsáveis por boa parte dos custos de produção do Pentium II. Todos os Celerons à venda atualmente têm o processador de memória de alta velocidade, isso inclui todas as versões a partir do Celeron de 333 MHz. Processador Intel Pentium III Lançado em 1998, o Pentium III, chamado de Katmai, apresentava uma única vantagem sobre seu antecessor: instruções que melhoravam seu desempenho ao executar um jogo 3D e aplicativos multimídia. A segunda versão desse processador foi a que agradou bastante o mercado, ela foi chamada de Coppermine e tinha cache integrado ao processador, o que melhorou seu desempenho cerca de 10% em relação a um Katmai. Processador Intel Pentium 4 O Pentium 4, lançado em 1999, foi o primeiro processador da sétima geração da Intel idealizado para obter máximo desempenho na elaboração das seguintes tarefas: 1- Utilização de tecnologias de Internet de última geração, como vídeo em fluxo contínuo e áudio MP3. 2- Criação, alteração e compartilhamento rápido de fotos e vídeos de qualidade profissional. 3- Utilização de novas Tecnologias de Internet, como animações na Web. 4- Execução de tarefas em segundo plano, como verificação de vírus em tempo real, criptografia, compactação e sincronização de s. 5- Longevidade e reserva de espaço para futuras tecnologias e inovações. 6- Utilização do sistema operacional Windows XP. 1

14 Processadores MultiCore Intel: A nova tendência é a utilização de multiplos núcles, permitindo que o processador funcione como 2 ou mais processadores simultaneamente. Processador Core 2 Extreme QX6850 Atualmente, o top de linha da família multicore da intel para desktop. Este processador possui 4 núcleos e possui um desempenho muito superior aos processadores da família pentium 4, o que o torna a opção ideal para ambientes onde e necessário processamento extremo, como em ambientes de computação gráfica e jogos. Processadores AMD: A AMD iniciou seus trabalhos a partir de projetos criados pela Intel a qual pagava royalties (taxa sob direitos autorais) e podia comercializá-los sob sua marca. Porém, a partir do Pentium, a Intel rompe com a AMD, o que le - vou a empresa a iniciar o desenvolvimento de seu próprio projeto para processadores. AMD K6-2 O primeiro processador lançado foi o AMD K5, que não obteve sucesso, pois era um processador muito caro e sua capacidade de processamento não era tão rápida. Assim, surgiu o K6 que tinha uma arquitetura muito semelhante à arquitetura dos Pentium II e III. O K6-2 teve seu lançamento em A AMD manteve em seu novo projeto a mesma arquitetura do K6, porém incorporou as instruções 3D-Now!, que melhoravam o desempenho do processador em jogos. Esse processador foi produzido até AMD Duron O Duron é o processador sucessor do K6-2. Foi lançado em junho de 2000 para concorrer diretamente com o processador Celeron da Intel, no mercado de baixo custo. 1

15 AMD Athlon XP O AMD Athlon XP foi lançado em outubro de 2001 para concorrer diretamente com o processador Pentium 4 da Intel. Traz um aumento considerável na capacidade do módulo de memória de alta velocidade do processador. Dessa forma, o próprio módulo de memória é capaz de armazenar mais dados, o que proporciona, por exemplo, que jogos em 3D ganhem mais agilidade. Athlon 64 FX-62 de Dois Núcleos O Athlon 64 FX-62 é atualmente o processador top de linha da AMD. Com suporte à tecnologia de dois núcleos e baseado no soquete AM2 (ou seja, aceita memórias DDR2), este processador trabalha internamente a 2,8 GHz e tem 1 MB de cache L2 por núcleo. 1

16 Capítulo 3 - Como funciona o processador O processador é o responsável pelo controle central das informações no computador, ou seja, é ele que coleta os dados dos dispositivos de entrada, envia-os ao local correto para o processamento, calcula e armazena os resultados obtidos na memória, para enfim enviá-los a um dispositivo de saída. Para agilizar suas operações, o processador conta com dois componentes auxiliares: o co-processador aritmético e a memória cache. Nos computadores mais antigos, esses componentes eram conectados diretamente à placa mãe. Hoje em dia, eles estão embutidos dentro do chip do processador, de forma que você não consegue mais visualizá-los. Arquitetura de um processador A arquitetura interna de um processador (CPU) pode ser divida em três blocos básicos: 1. Unidade lógica e Aritmética: A ULA, também conhecida como ALU - Arithmetic Logic Unit, é responsável por executar operações em sistema binário, ou seja, 0 e 1. O bloco ULA pode ser dividido em quatro partes: a primeira é a unidade responsável pelo processamento lógico e aritmético, as outras partes são constituídas por um acumulador, um registrador de armazenamento temporário de dados e um conjunto conhecido como registrador de Flags. A seguir é ilustrado um exemplo de operação realizada pela ULA: Em uma subtração entre dois números, o primeiro número é armazenado no acumulador e o segundo no registrador temporário. Após a execução de subtração, o resultado é armazenado no acumulador. Como o acumulador só pode armazenar dados positivos, a parte numérica será armazenada dentro dele e, no caso, da operação resultar em um valor negativo, o sinal negativo será sinalizado por um dos flags. Portanto, todo resultado é composto pelo conteúdo do acumulador mais a sinalização dos flags. Os flags podem sinalizar algumas condições do resultado das operações, tais como: resultado negativo, igual a zero, vai um ou divisão por zero. 2. Unidade de Controle - UC: A UC, também conhecida por CU - Control Unit, é responsável por controlar a sincronização de todas as transferências de dados e instruções que são executadas pelo processador. 3. Registradores Internos: Os registradores podem ser considerados memórias temporárias, entretanto têm uma capacidade de armazenamento reduzida, na ordem de bits. Atualmente, existem registradores de 8, 16, 32 e 64 bits. Quando é dito que um processador possui 32 bits, isto significa que os seus registradores internos têm a capacidade de manipular dados de até 32 bits. 4. Existem outras partes que compõem o processador, como: o Co-processador Aritmético 1

17 A função do Co-processador Aritmético é auxiliar o processador principal no cálculo de funções matemáticas complexas, que precisam usar números fracionários, assim como seno, coseno, tangente, etc. Essas funções são muito utilizadas em programas de CAD, planilhas eletrônicas, jogos com gráficos tridimensionais e processamento de imagens em geral. IMPORTANTE Memória cache É um tipo de memória de acesso muito rápido, de tamanho bem reduzido e com uma arquitetura especial e diferente da memória RAM. Ela serve para armazenar os dados mais freqüentemente utilizados pelo processador. O uso dessa memória evita, na maioria das vezes, que o processador tenha que recorrer à memória RAM. Podemos então perguntar: Por que a memória RAM não é feita do mesmo material e com a mesma arquitetura da memória cache? Simplesmente porque o custo da memória cache é altíssimo em comparação com o da memória RAM. É por isso que a memória cache é bem pequena e é utilizada apenas para armazenar instruções freqüentemente utilizadas pelo processador. Sem a memória cache, o desempenho do computador estaria limitado à velocidade de acesso da memória RAM e funcionaria com uma velocidade em média 95% menor. Capítulo 3 A velocidade de processamento Quando falamos de um processador, a primeira pergunta a se fazer é sobre a sua freqüência de operação, ou seja, sua velocidade, que é geralmente expressa em Megahertz (MHz) ou Gigahertz (GHz). Esse valor é medido pelo Ciclo de Clock, quanto mais rápido for o clock, mais operações a CPU poderá executar por segundo. Por exemplo, um processador com taxa de clock de 1.5 GHz é capaz de executar 1.5 bilhões de operações por segundo. Veja as unidades de medida de velocidade dos processadores na tabela abaixo: UNIDADE EQUIVALÊNCIA 1 Hz 1 ciclo/seg 1 KHz Hz 1 MHz KHz = Hz 1 GHz MHz = KHz = Hz DICA Diferenças de velocidade Nem sempre um processador com uma velocidade de operação mais alta, é mais rápido do que outro que opera a uma freqüência um pouco mais baixa. 1

18 Por exemplo, vamos comparar um processador 486 de 100 MHz com um Pentium também de 100 MHz. Apesar de a freqüência de operação ser a mesma, o 486 perde em desempenho. Na prática, o Pentium seria pelo menos 2 vezes mais rápido. Isso acontece devido a diferenças na arquitetura e nos componentes auxiliares dos processadores, como o co-processador aritmético e a memória cache. Capítulo 4 A memória do computador Há dois tipos de memória que auxiliam o computador em sua tarefa de processamento e inicialização de suas funções. Sem memória, o computador não saberia como agir com as informações que ele recebe ou não lembraria qual o resultado de uma tarefa. A memória do computador pode ser comparada com a memória do homem. Armazenamos em nossa memória informações que nos dizem como resolver problemas de matemática, física, que nos ajudam a lembrar de regras da gramática da língua portuguesa. Da mesma forma, funciona a memória do computador. Essas memórias são chamadas de: Memória RAM - Randomic Acess Memory (Memória de acesso randômico). Memória ROM - Read Only Memory (Memória somente de leitura). Nesse capítulo, você verá os tipos, modelos e características principais de cada uma das memórias. Vamos lá? SAIBA MAIS Os tipos de memórias do computador Memória RAM: é a memória de armazenamento temporário e de extrema importância no processamento de dados, pois auxilia o processador na transformação dos dados em resultado. Nela, são armazenados dados e instruções que estão sempre à disposição do computador. Memória ROM: é uma memória permanente, ou seja, o que está armazenado nela não é modificado. Ela armazena pequenos programas que o computador utiliza para realizar suas funções mais básicas. 1

19 Estrutura dos Micros Padrão PC Processador Os microprocessadores por vezes chamados somente de processadores ou CPU (Central Processing Unit) ou em português UCP (Unidade Central de Processamento) - são circuitos integrados com a tarefa de pegar dados, processar esses dados conforme a programação prévia (programação essa feita por um conjunto de instruções limitadas o damos o nome de software) e devolver o resultado. De onde vêm os tais dados e para onde vai o resultado é, para ele, indiferente. Para que um processador possa executar um programa, ele deverá ser capaz de reconhecer as instruções presentes no programa. Dessa forma, é possível um Pentium executar um programa escrito para o 8088 (processador utilizado no primeiro PC), já que ele reconhece o conjunto de instruções do antigo Por outro lado um Macintosh não consegue executar diretamente um programa de um PC e vice-versa, pois os conjuntos de instruções dos seus processadores são incompatíveis. A relação do processador com o restante do micro é de crucial importância. É ele que processa programas e que comanda todas as tarefas produzidas pelo micro. O processador é o cérebro do sistema. Soquete do processador da placa mãe 1

20 Um microprocessador é conectado à placa mãe através de encaixes chamados de soquetes ou de slots e, eles são encapsulados para proteger a pastilha de silício das impurezas encontradas no ar. Pastilha de Silício É o núcleo do computador, também chamado de CORE (que significa núcleo, em inglês). Podemos afirmar que a pastilha de silício é o processador propriamente dito. Esse encapsulamento serve, também, para dissipar o calor interno gerado pelo funcionamento do processador, e para permitir a conexão física com a placa mãe. Entre os diversos tipos de encapsulamento destacam-se dois tipos: o PGA e o SECC. Clique nos botões ao lado para obter mais informações. PGA - Pin Grid Array Esse encapsulamento é fabricado utilizando-se dois materiais: cerâmica (CPGA - Ceramic PGA) e plástico (PPGA - Plastic PGA). Ele é caracterizado pela sua forma quadrada e por apresentar vários pinos para se conectar à placa mãe, sendo os pinos, geralmente, banhados a ouro - o que melhora o contato com o soquete do processador na placa mãe. O encaixe com a placa mãe é feito através de soquetes, variando de acordo com o número de pinos que o processador possui. Os processadores que utilizam esse tipo de encapsulamento em sua arquitetura são: Pentium MMX, Celeron, K6, K6-2 e K6-III. SECC - Single Edge Contact Cartridge Esse tipo de encapsulamento foi desenvolvido pela Intel, inicialmente para o Pentium II. SECC significa Cartucho de Contato de Borda Única. A conexão desse padrão de encapsulamento é totalmente diferente do padrão PGA. Ela é feita por contatos metálicos do cartucho com o slot da placa mãe, ao invés dos pinos utilizados no padrão PGA. Esses contatos metálicos provêm da placa de circuito impresso (chamada de substrato) onde está montado o núcleo do processador (CORE), além do sistema de memória Cache L2. Os processadores com o encapsulamento SECC podem ser conectados à placa mãe através de dois conectores: Slot 1 ou Slot 2. Os processadores que utilizam esse tipo de encapsulamento em sua arquitetura são: Pentium II, Pentium III e Celeron. 2

21 No início de 2005 foram lançados os primeiros processadores com dois núcleos, o Pentium D e o Pentium Extreme Edition. O Pentium D é formado por dois núcleos de Pentium 4, dentro do mesmo encapsulamento, porém sem a tecnologia HT (Hyper-Threading). O Pentium Extreme Edition é formado por dois núcleos de Pentium 4 HT. Depois vieram outros modelos, tanto da AMD quanto da Intel. No início de 2007, os processadores com mais de um núcleo já formavam uma generosa lista: Pentium D * Pentium Extreme Edition * Athlon 64 X2 * Athlon 64 FX (FX60 e superiores) * Core 2 Duo * Core 2 Quad * Core 2 Extreme 2

22 o Multiprocessamento Placas mãe com dois ou mais processadores são normalmente usadas em servidores e estações de trabalho de alto desempenho. Usam processadores como o XEON e o Itanium (Intel) e o Opteron (AMD). O que os novos processadores duais têm de interessante é o fato de trazerem multiprocessamento para os micros convencionais (desktop)e e para os notebooks. Certos sistemas operacionais já oferecem suporte a múltiplos processadores há bastante tempo. Citamos o Windows NT, Windows 2000, Windows XP Professional, Windows 2003, Windows Vista e a maioria das implementações do Linux. Antes de existirem processadores com mais de um núcleo, a única forma de ter processamento dual era usando placas mãe com soquetes para vários processadores. Essas placas são comuns em servidores, há bastante tempo. A imagem abaixo mostra uma placa mãe com soquetes para dois processadores Intel Xeon, para uso em servidores. O multiprocessamento (uso de mais de um processador) existe em servidores desde meados dos anos 90, com processadores como o Pentium Pro, Pentium II Xeon e Pentium III Xeon, mas sempre com placas mãe para 2 ou 4 processadores. E para que é preciso usar multiprocessamento nos micros mais simples? Todos os que acompanham a evolução recente dos processadores estão a par das dificuldades dos fabricantes em produzirem modelos com clocks mais elevados. A Intel atingiu a marca de 3 GHz no final de 2002, e no início de 2007 ainda estava em 3,8 GHz. É uma contradição à Lei de Moore, que afirma empiricamente que os processadores tendem a dobrar de desempenho a cada 18 meses. Se aumentar o clock é difícil, por limitações tecnológicas, é menos difícil usar dois processadores iguais e de menor velocidade, aumentando bastante a velocidade de processamento. - Múltiplos processos Atualmente os usuários executam diversos programas ao mesmo tempo. Com processadores comuns, esses programas são executados em pequenos intervalos de tempo de alguns milésimos de segundo, alternando entre os diversos programas. Esses intervalos são chamados de time slice. O usuário tem a sensação de que realmente o computador executa inúmeros programas ao mesmo tempo mas, na verdade, apenas um programa está sendo executado por vez. Processadores duais permitem que sejam executados dois processos por vez, aumentando o desempenho global do computador. Processamento Duplo Hyper-Threading: uma preparação No final de 2002 a Intel introduziu a tecnologia Hyper-Threading (HT), que é uma espécie de processamento dual simplificado. O processador Pentium 4 HT tem um só núcleo, mas diversos dos seus circuitos são duplicados, o que permite a execução de dois programas de cada vez. Como na verdade não são dois núcleos, o HT não oferece ganhos expressivos de velocidade, fica entre 10% e 30% com um pouco de sorte, dependendo da aplicação. O mérito nesse caso foi aproveitar seções ociosas do processador para executar programas em paralelo, mesmo sem dobrar a velocidade. Aliás, de uma forma geral, computadores com dois processadores não têm desempenho dobrado. Em média o aumento de desempenho para a maioria das aplicações fica em torno de 70% a 90% com o uso do segundo processador. 2

23 Nem todos os programas são beneficiados pela presença de dois núcleos. Por exemplo, a maioria dos jogos atuais ainda não faz uso deste recurso. Já os programas que tratam som, vídeo e fotos são muito beneficiados pela existência de dois núcleos. Em linhas gerais, este tipo de arquivo pode ser facilmente dividido em partes iguais e independentes (por exemplo, as duas metades de uma fotografia). Cada núcleo processará a metade do arquivo, e o tempo para terminar o trabalho tenderá a ser menor. 2

24 Apesar do HT não oferecer dois processadores verdadeiros, o processador é visto pelo sistema operacional como sendo dois processadores virtuais. Isso abriu caminho para que novos softwares fossem otimizados para processamento dual. IMPORTANTE Energia x Microprocessador A alimentação elétrica do microprocessador se dá pelo circuito da placa mãe. Alguns processadores possuem internamente tecnologias que garantem menores consumo de energia conjugado com menor dissipação de calor. À medida que a freqüência do processador aumenta, ele tende a dissipar mais energia. Esse desperdício não é interessante, principalmente em se tratando de processadores para dispositivos portáteis como os notebooks, pois quanto menor for o consumo de energia, maior será o tempo de duração de sua bateria. Co-processador O processador apesar de fazer muita coisa, não faz tudo, por isso ele deve ser ajudado. Para ajudar no desempenho do processador, podemos adicionar um co-processador, que nada mais é do que um microprocessador com utilização dedicada a uma única tarefa específica ao contrário do processador principal que é de uso genérico. O co-processador mais utilizado é o co-processador aritmético (ou matemático), chamado às vezes de FPU (Floating Point Unit Unidade de Ponto Flutuante). A idéia é simples: como o processador não sabe fazer cálculos matemáticos muito complexos (como um seno ou raiz cúbica), o programa normalmente teria que desmembrar a tarefa em várias instruções para que o processador pudesse entender. Com o co-processador aritmético, ele já conhece as funções matemáticas, e executa com uma só instrução o que necessitaria de diversas outras em um processador comum. Com o passar do tempo, o uso do co-processador aritmético tornou-se quase que obrigatório para micros profissionais, que todos os processadores já vêm com um embutido dentro de si. 2