Capítulo 2. Noção de hardware. As componentes de um computador.

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1 Definição 1 Capítulo 2. Noção de hardware. As componentes de um computador. 1. Definição Hardware : toda a parte física do computador. Ex.: Monitor, caixa, disquetes, impressoras, etc. Hardware (hard = duro) significa ferragens, quinquilharia, e envolve o conjunto de componentes mecânicas, magnéticas e electrónicas de um computador ou de qualquer outro sistema digital. 2. Anatomia da máquina

2 2 CPU (Unidade Central de Processamento) ou Processador 3. Modelo de VON NEUMANN 4. CPU (Unidade Central de Processamento) ou Processador Controla todo o hardware da máquina. Responsável pela execução dos programas : limita-se a processar cadeias imensas de 0 e 1 muito depressa. Não tem memória : limita-se a executar o que lhe é ordenado pelas instruções. A velocidade de relógio (em MHz) é uma medida da sua velocidade, mas não é a única maneira de comparar processadores. É constituída pela Unidade de Controlo (U.C.) e Unidade Aritmética e Lógica (U.A.L.) Unidade de Controlo : extrai as instruções da memória, analisa-as e em seguida transforma-as em sinais de comando capazes se ser obedecidos pelas diversas componentes do computador Unidade Aritmética e Lógica : é o local onde vão ser executadas as operações aritméticas ou lógicas determinadas pelos programas. Actualmente consiste num único circuito integrado ou chip, denominado por microprocessador. Um microprocessador é constituído por muitos milhares, ou mesmo milhões, de componentes electrónicas elementares, organizados de modo a poderem efectuar as operações típicas de processamento de informação. Os microprocessadores têm evoluído acentuadamente nos últimos anos, sucedendo-se arquitecturas cada vez mais sofisticadas. Exemplos : Zilog z80a (no ZX Spectrum) Intel 8088, 80286, Intel SX / DX / DX2 66 MHz / DX4 100 MHz Pentium 75 / 100 / 133 / 166 / 200 MHz

3 Memória Central (RAM) 3 Pentium MMX 166 / 299 MHz Motolora Power PC Pentium II 300 / 350 / 400 / 450 MHz Pentium III Pentium 4 AMD 5. Memória Central (RAM) Armazena os programas que determinam quais as tarefas a executar pelo computador, bem como a ordem pela qual essas tarefas devem ser realizadas. Armazena os dados que o programa necessita e os resultados que produz. 6. Unidades de Entrada/Saída Permitem a troca de informação entre o computador e o exterior. Estão em comunicação com os dispositivos de entrada/saída tais como : impressoras, teclados, ecrã, etc.. Dispositivos de memória actuam como dispositivos de I/O. 7. Motherboard Placa Mãe do sistema Onde se colocam e ligam os componentes principais Determina o que pode ou não ser utilizado Permite actualizações através de ranhuras ( slots ) A especificação Plug and Play ( Ligar e Andar ) é útil 8. Memórias Circuitos de armazenamento de informação RAM = Random Access Memory (memória de acesso aleatório) RWM = Read Write Memory (memória de escrita e leitura) ROM = Read Only Memory (memória de leitura apenas). Na prática, quando se fala em RAM, está-se a referir à RWM. Rápidos, porque estão perto da CPU Também chamados, por isso, de Armazenamento Primário. Com a excepção das ROM, são voláteis. RAM : onde são feitas operações de leitura e de escrita (temporária) de dados. ROM : incluem instruções de rotina para o funcionamento básico de um computador, como as operações de arranque ou de interacções com dispositivos de I/O. PROM : só são programáveis uma vez ao nível dos seus circuitos electrónicos internos, com dispositivos apropriados. EPROM : são programáveis. 9. ROM (Read Only Memory) Normalmente, contem o conjunto de instruções necessárias para o arranque da máquina. Pode também conter todo o Sistema Operativo. Apenas de leitura, logo não voláteis. Variantes : EPROM : Erasable Programmable Read Only Memory (são reprogramáveis??).

4 4 Comparação das capacidades 10. Placas de expansão Permitem acrescentar funcionalidades ao sistema Encaixam-se nos slots existentes nas motherboards Exemplos : Placas de som Placas de vídeo Fax-modems internos Placas de rede. 11. Armazenamento Secundário Dispositivos de armazenamento permanente da informação (não voláteis). Exemplos : Disquetes Discos rígidos (fixos ou não) Bandas magnéticas (cassetes áudio, vídeo, etc.) CD ROM, DVD Cartões perfurados. Mais longe da CPU, logo de acesso mais lento. 12. Periféricos Servem para o sistema comunicar com o mundo exterior. Também chamados dispositivos de entrada e saída. Exemplos : Monitor, teclado, rato, impressora, scanner, plotter, joystick, modem, capacetes de Realidade Virtual, gravadores de CD, colunas de som, etc. As placas de expansão podem, em certo sentido, ser também consideradas periféricos. 13. Medição das capacidades BIT = Binary DigIT = 0 ou 1 Byte = sequência de 8 bits 1 Kilo Byte = 1 KB = 1024 bytes 1 Mega Byte = 1 MB = 1024 KB = aprox. 1 milhão de Bytes 1 Giga Byte = 1 GB = 1024 MB = aprox. mil milhões de Bytes 14. Ocupação de espaço 1 letra = 1 byte 1 mensagem de correio electrónico : 1 KB Texto : 50 KB Imagem : 200 KB Filme 5 segundos : 3 MB Programa de aplicação completo : 100 MB 74 minutos de áudio : 640 MB 15. Comparação das capacidades Disquete 5 ¼ : 360 KB Disquete 3 ½ : 1.44 MB (e 720 KB) Discos 1985 : 20 MB Memória total do ZX Spectrum : 48 KB Memória RAM dos primeiros PC s : 512 KB Memória RAM dos PC s em 1985 : 1 MB

5 Ficheiro 5 Discos 1990 : 100 MB Discos 1994 : 350 MB Discos 1996 : 2 GB Discos 1998 : 4 GB Discos actualmente : 8 GB CD-ROM : 640 MB DVD : até 17 GB Memória RAM dos PC s em 1990 : 2 MB Memória RAM dos PC s em 1994 : 4 MB Memória RAM dos PC s em 1996 : 16 MB Memória RAM dos PC s em 1998 : 64 MB Memória RAM dos PC s actuais : 128 MB 16. Ficheiro Unidade de armazenamento de informação. Informação Textos Gráficos Não executáveis Programas Sequências de instruções executáveis pelo processador Programas podem ser activados. Dados são passivos. Unidade de informação formada por um conjunto mais ou menos numeroso de bits ou bytes. 17. Unidades de Armazenamento Secundário Essencialmente, são colecções de ficheiros. O trabalho é pensado em termos de ficheiros : que programas usar? que gravar com eles discos, tapes, CD ROM, disquetes

6 6 Discos - Clusters 18. Discos Estrutura física sector pista Superfícies Cilindros 19. Discos Exemplo : discos flexíveis (disquetes 3.5 ) 2 superfícies 80 pistas por superfície 18 sectores por pista 512 bytes por sector = bytes = 1440 KB = 1.44 MB. Exemplo : disco rígido de 330 MB 15 cabeças / superfícies 790 cilindros / pistas 57 sectores por pista 512 bytes por sector = bytes Formatação Criação da estrutura de pistas e sectores Necessária para que o S.O. possa ler e escrever informação nessa estrutura MS DOS Format A: /s com o sistema de arranque /u formatação incondicional (irreversível) /q formatação rápida 20. Clusters Cluster agrupamento de sectores que forma uma unidade de armazenamento. A divisão em clusters é feita durante a formatação. Cada arquivo (Bloco) armazenado consome pelo menos um cluster.

7 Discos - Clusters Discos - Clusters DISCO FICHEIROS Há desaproveitamento de espaço físico!!! 22. Desperdício de espaço Exemplo Disco 1.1 GB Cluster 32 KB Ficheiro 481 KB Espaço ocupado = 512 KB = 32 KB 16 Um disco de 1 GB cheio costuma desperdiçar mais de 200 MB!! 23. O porquê do tamanho dos Clusters Tabela de alocação de ficheiros (FAT) como é que o S.O. sabe quais os clusters livres (para escrever) e os ocupados por um determinado ficheiro (pode estar, e regra geral está, espalhado por clusters não contíguos)? descritor de Nome : exemplo.txt ficheiro Início : eof eof 8 5 D exemplo.txt ocupa os clusters 2, 3, 4, 7, 8 e O porquê do tamanho dos Clusters Tabela de alocação de ficheiros (FAT) 16 bits pode referenciar clusters suporta discos de 2 GB com clusters de 32 KB 32 bits pode referenciar clusters suporta discos de GB (2 TB TeraByte) com clusters de 512 KB.

8 8 Execução dos programas 25. Execução dos programas Podem existir dados em memória, próprios dos programas, mas que nunca são gravados em disco. O passo 3 é opcional. Por exemplo, um jogo pode não gravar nada. Um programa pode aceder a múltiplos ficheiros de dados.