O sucesso alcançado pelos computadores pessoais fica a dever-se aos seguintes factos:

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1 O processador 8080 da intel é tido como o precursor dos microprocessadores, uma vez que o primeiro computador pessoal foi baseado neste tipo de processador Mas o que significa família x86? O termo família diz respeito ao conjunto básico de instruções que o processador consegue compreender, manipular e processar. Neste caso a "família x86" reportase a todos os processadores que conseguem processar um conjunto de específico de instruções que foram originalmente manipuláveis pelo processador Actualmente os computadores pessoais não são catalogados por nenhuma sigla específica. No surgimento da era do PC, estes foram designados de: IBM PC (equipados com o processador 8086); IBM PC/XT (equipados com o processador 8088); IBM PC/AT (equipados com o processador 80286). Existem mais famílias de processadores, nomeadamente a família de processadores Motorola que equipam os computadores pessoais Macintosh da Apple. 5/1 O sucesso alcançado pelos computadores pessoais fica a dever-se aos seguintes factos: Possuem uma arquitectura aberta pelo que não existem tecnologias proprietárias; As tecnologias utilizadas num PC estão alicerçadas em especificações desenvolvidas por organizações sem fins lucrativos. Deste modo, qualquer fabricante de hardware pode utilizar essas especificações por forma a poder estabelecer uma base normalizadora para o desenvolvimento das suas soluções tecnológicas; Oferecem grandes possibilidades de expansão já que o sistema integra vários slots e portas de comunicação, às quais se podem ligar os mais diversos tipos de periféricos; Para o tipo de tecnologias que integram, podem ser considerados baratos, simples e robustos. 5/2

2 Os computadores pessoais actuais são baseados num modelo conceptual apresentado em meados dos anos 40 do século XX pelo matemático de origem húngara John Von Neumann ( ). Na máquina de Von Neumann são descritos e apresentados os elementos básicos constituintes daquilo que actualmente se denomina computador. Este modelo alicerça-se nos seguintes três pressupostos fundamentais: A máquina de Von Neumann integra três subsistemas básicos: - a unidade de processamento central (CPU - Central Processing Unit ) - a unidade de memória - periféricos de entrada/saída (E/S) A interligação entre todos estes subsistemas é assegurada por barramentos; 0 computador tem por missão a execução de um programa, o qual tem de estar armazenado na unidade de memória; As instruções do programa são executadas sequencialmente; 5/3 5/4

3 CPU Unidade Central de processamento (central process unit) Onde tudo se passa ; Processamento e manipulação de dados; Leitura de Instruções da memória; Execução de Instruções; Leitura de Dados; Escrita de Resultados; Este modelo preconiza que a unidade de processamento central é constituída pelos seguintes dois blocos: Unidade aritmética e lógica (ALU - Arithmetic and Logic Unit) - este bloco encarrega-se da realização das operações aritméticas e lógicas sobre os dados; Unidade de controlo (CU - Control Unit) - este bloco permite que as operações sejam realizadas pela ordem ou sequência correcta, isto é, que todos os subsistemas que integram a máquina funcionem como um único sistema. 5/5 Para além das duas unidades internas (ALU/CU), a CPU integra igualmente registos internos. Os registos internos constituem células de armazenamento com funções idênticas às que são desempenhadas pela unidade de memória, uma vez que estes guardam temporariamente os dados e os resultados do processamento. A CPU é caracterizada pela palavra natural (quantidade de bits que a CPU pode processar de uma só vez) pelo que o tamanho dos registos acaba por estar relacionado com a palavra natural. 5/6

4 Em termos lógicos a actividade desempenhada pela CPU/CU, pode ser resumida nos seguintes passos: 1. Busca (fetch) à unidade de memória da próxima instrução a ser executada. Este processo é desencadeado através do envio, para a memória, da localização (endereço) da instrução a ser executada. Após esta solicitação, é então recebida a instrução pretendida; 2. Descodificação da instrução, ou seja, é identificado o que vai ser processado, nomeadamente os tipos de operandos (dados) e operadores (operação a realizar); 5/7 3. Carregamento dos operandos guardados na unidade de memória para os registos internos e que foram especificados pela instrução a processar; 4. Execução da operação especificada pela instrução. Para isso são enviados os sinais apropriados para os subsistemas ALU, memória e E/S; 5. Envio do resultado do processamento para a unidade de memória ou, em alternativa e caso seja necessário, o armazenamento temporário nos registos internos. 5/8

5 Memória A unidade de memória constitui o sub-sistema da máquina de Von Neumann responsável pelo armazenamento: dos dados a processar; dos dados intermédios e finais; A unidade de memória determina a capacidade de armazenamento de informação volátil, ou presente enquanto o PC está em funcionamento. É a CPU que controla a informação armazenada na memória, bem como a posição de memória em que a mesma é guardada. A unidade de memória está organizada em células de armazenamento de informação. 5/9 Se N=16 e L=8 então o espaço de endereçamento é de posições. A cada um destes endereços corresponde uma célula independente em que são utilizados 8 bits (largura da memória) para poder guardar a informação, o que perfaz uma capacidade total de x 8 bits, ou seja, bits. 5/10

6 A organização da memória é feita em células, normalmente constituídas por 8 bits. A cada célula 00001h é atribuído um endereço h Logo, a palavra do computador é igual à unidade de memória mínima endereçável. Células de memória Endereços O armazenamento de dados é baseado no modelo BIG ENDIAN, que se traduz no facto dos bytes menos significativos serem armazenados nos endereços menos significativos. Consideremos as seguintes variáveis byte 8 bits com valor BD (h) armazenado em 0000Ah Word 16 bits com valor AC19 h armazenado em 00F0h. dword 32 bits com valor 3A421F01 h armazenado em 00FF0h 3A 42 1F 01 AC 19. BD 00FF3h 00FF2h 00FF1h 00FF0h 000F1h 000F0h 0000Ah 5/11 CPU Bus Endereços A19..A0 00FA1h MEMR Descodificador de endereços byte Células MEMW Bus de Dados Registo de Dados D0 D7 5/12

7 Unidades de I/O A CPU comunica com a memória através de sinais eléctricos. Para que o computador pessoal possa comunicar com o mundo exterior, são necessários dispositivos que transformem esses sinais eléctricos em fenómenos visíveis e vice-versa. As unidades de I/O podem ser caracterizadas como sendo de: Entrada (periféricos de entrada) Exemplos: Teclado, Rato, Leitor de CD-ROM Saída (periféricos de saída) Exemplos: Monitor, impressora Mistos (simultaneamente entrada/saída) Exemplos: Disco rígido, Modem 5/13 Barramento O barramento (bus) constitui o conjunto de linhas ou pistas paralelas por onde circulam sinais eléctricos. É através do barramento que se assegura a interligação entre as diversas unidades funcionais de um computador pessoal. De um modo geral, este sistema de interligação pode ser caracterizado pela largura que apresenta (quantificada em bits) e pela frequência a que funciona (quantificada em ciclos por segundo ou Hz - Hertz). Num barramento podem descortinar-se as seguintes categorias: Linhas, pistas ou barramento de dados; Linhas, pistas ou barramento de endereço; Linhas, pistas ou barramento de controlo; 5/14

8 Barramento As linhas ou pistas de dados transportam a informação (instruções, dados e resultados) entre os diversos subsistemas: um bit por cada ciclo de relógio do barramento em cada uma das pistas. A largura do barramento é determinada pelo número de linhas de dados. Quanto maior for a largura apresentada pelo barramento, maior será a capacidade de transporte em simultâneo de informação. Para um barramento de largura n, fala-se numa palavra de n bits que é transmitida num ciclo de relógio A largura de banda de um barramento é a quantidade de bits que pode ser transmitida pelo barramento num segundo. 5/15 Barramento Um barramento que funciona a m ciclos por segundo ou Hz e que possui uma largura de n bits é caracterizado por apresentar uma largura de banda de m X n bits por segundo (bits/s, bps ou b/s). Ao dividir por 8, a largura de banda vem expressa em bytes por segundo (Bps ou B/s). Se no barramento de dados entre a unidade de processamento central e a memória, são utilizadas 64 linhas para o transporte de informação e o mesmo funciona a 100 MHz, a largura de banda apresentada por esse barramento será de 6.4 mil milhões de bits por segundo ou 800 MB/s. 5/16

9 Barramento Bus Type Bus Width Bus Speed MB/sec ISA 16 bits 8 MHz 16 MBps EISA 32 bits 8 MHz 32 MBps VL-bus 32 bits 25 MHz 100 MBps VL-bus 32 bits 33 MHz 132 MBps PCI 32 bits 33 MHz 132 MBps PCI 64 bits 33 MHz 264 MBps PCI 64 bits 66 MHz 512 MBps PCI 64 bits 133 MHz 1 GBps Fonte: 5/17 Bus de Controlo Contém os sinais necessários para uma correcta implementação do protocolo de comunicação. Podemos referir como exemplo a comunicação entre CPU, memória e I/O. M/IO Controla o acesso à memória ou unidades de I/O. RD Operações de Leitura. Memória I/O CPU WR Operações de Escrita. CPU Memória I/O 5/18

10 Bus de Endereços Conjunto de linhas (ligações físicas) que transportam o endereço das células de memória ou dos portos de I/O (unidireccional). A largura do bus de endereços é dado pelo número de linhas do bus ou pelo numero de bits, e define a capacidade de endereçamento. Para N bits consigo uma capacidade de endereçamento de 2 N. Modelo 8088 N.º Linhas (N) 20 Capacidade Endereçamento 1Mb 1K=2 10 =1024 1M=2 20 =1024K 1G=2 30 =1024M SX Mb 16Mb 46Gb Gb 5/19 Bus de Dados Conjunto de linhas (ligações físicas) por onde se transporta a informação digital binária (instruções, dados, resultados) entre o CPU, memória e I/O (bidireccional). A largura do bus de dados é dado pelo número de linhas do bus ou pelo numero de bits, tamanho, do microprocessador. Modelo SX Bus dados interno Bus dados externo /20

11 Bus de dados Um PC actualmente tem 2 barramentos principais: Um conhecido por system bus ou local bus, liga o microprocessador e a memória do sistema. Este é o barramento mais rápido do sistema. O segundo é mais lento e é usado para comunicar com periféricos. Exemplos deste tipo de barramentos temos o PCI, AGP ou mais recentemente o PCIe. Estes barramentos ligam o system bus através de uma bridge que compõe o chipset e funciona como gestor de trafego, integrando dados de outros barramentos no system bus. 5/21 Bus de dados O PCIe é uma ligação série que funciona de forma semelhante a uma rede. O PCIe tem um interruptor que controla várias ligações em série de ponto a ponto. Fonte: 5/22

12 Bus de dados Os dispositivos PCI partilham um bus comum, enquanto que cada dispositivo PCIe possui a sua própria ligação dedicada ao switch. Alguns avanços simples contribuíram para este aumento de velocidade nas ligações série: Prioridade aos dados mais importantes, prevenindo assim engarrafamentos ; Transferências de dados Timedependent (real-time) ; Melhorias de nível físico dos materiais utilizados nas ligações; Melhor detecção de erros e de ligação; Melhores metodos de dividir os dados em pacotes e vice-versa. Fonte: 5/23 Bus de dados O AGP foi desenvolvido tendo como ideia base, melhorar o transporte de dados para a CPU. Para tal, a Intel identificou os pontos onde o PCI, provocava engarrafamentos. Isso foi conseguido graças à: Existência de uma porta dedicada; Organização de dados em pipelining Criação dos sideband address Fonte: 5/24

13 Bus de dados No barramento PCI, os texture maps eram lidos do disco rígido para a memória do sistema, processados pela CPU e então armazenados no framebuffer da placa gráfica. Fonte: 5/25 Bus de dados O AGP melhora o processo de armazenamento dos texture maps uma vez que permite que o sistema operativo designe RAM para funcionar em exclusividade para a placa gráfica (AGP memory). O AGP poupa memória uma vez que armazena apenas uma vez os texture maps. Todo o processo é controlado por um chipset chamado Graphics Address Remapping Table (GART). Fonte: 5/26