Fundamentos da Computação LFG-TI Prof. Bruno Guilhen

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1 SISTEMA DE MEMÓRIA OU ARMAZENAMENTO O sistema de memória é o responsável pelo armazenamento das informações do sistema computacional, esta dividida basicamente em Memória Principal (ou Primária) e Memória Secundária. Cada qual com seus subgrupos que serão estudados a seguir. O armazenamento pode ser classificado de acordo com o tempo de acesso e a capacidade, sendo que os elementos que possuem maior capacidade são mais lentos, ou seja, possuem maior tempo de acesso. Veja a comparação do sistema de memória feito abaixo. *Nesse esquema a memória principal ROM não foi classificada, por possuir tamanho fixo e conteúdo não-volátil. Os registradores que já foram estudados anteriormente representam o ápice da velocidade e do custo também, por isso, o tamanho reduzido, eles possuem mesma velocidade de acesso do processador, próximo disso esta a memória cachê (um tipo de memória Ram Estática) que possui uma velocidade de acesso muito próxima do processador e a medida que a base da pirâmide vai aumentando a velocidade de acesso vai diminuindo e a sua capacidade de armazenamento vai aumentando. Memória Central: É o local onde os dados de um processamento são provisoriamente armazenados. Está dividida em duas partes básicas: Memória RAM e Memória ROM. Memória ROM (Read Only Memory). Figura 20 Chip de memória ROM A memória ROM é um tipo de memória que possui informações pré-escritas, conhecida como memória apenas de LEITURA, essas informações são gravadas pelo fabricante em um tipo específico de Circuito Integrado, esse circuito esta na placa mãe do computador. Esse tipo de memória também é conhecido como memória NÃO VOLÁTIL, ou seja, as informações não se perdem ao desligar o computador. As informações gravadas nessa 1

2 memória são denominadas de FIRMWARE. Um exemplo de funcionamento dessa memória ocorre quando um computador é ligado. Após ativado pela energia elétrica, certa parte do circuito do computador ativa o firmware denominado de BIOS(Sistema Básico de Entrada e Saída), que verifica todo o funcionamento do circuito, analisando se as conexões dos periféricos estão corretas e também verifica a memória (apresentando a contagem dos blocos de memória na parte superior do monitor de vídeo). Se, por exemplo, o teclado não estiver corretamente conectado no computador, o firmware da BIOS apresenta uma mensagem de erro no monitor de vídeo. O teclado e alguns outros periféricos possuem também um firmware especial. O firmware do teclado, por exemplo, associa uma tecla pressionada com o código em bytes do seu caractere correspondente, enviando-o à CPU, para que esta possa visualizar o respectivo caractere no monitor de vídeo. Os circuitos de memória ROM podem ser construídos utilizando uma das seguintes tecnologias básicas: Mask-ROM: esse tipo de memória é gravado na fábrica do circuito integrado e não há como apagarmos ou regravarmos o seu conteúdo. Esse tipo de circuito é fabricado sob encomenda. PROM (programable ROM): essa memória é vendida virgem e o fabricante do dispositivo que utilizará esse circuito se encarrega de fazer a gravação de seu conteúdo. A diferená entre esse circuito e o anterior é o local da gravação. Enquanto a Mask-ROM é fabricada já com um conteúdo predefinido (isto é, a gravação é feita na fábrica do circuito), a PROM é gravada pelo fabricante do periférico que utilizará o circuito. EPROM (Eraseble Programable ROM): da mesma forma que a PROM, a EPROM é vendida virgem e deve ser gravada pelo fabricante do dispositivo que a utilizará. Ao contrario dos outros dois tipos, o seu conteúdo pode ser apagado, o que é feito colocando-se o circuito integrado exposto à luz ultravioleta (esse circuito tem uma janela transparente para que o apagamento possa ser feito). Dessa forma, esse circuito pode ser regravado. EEPROM (Eletric Eraseble Programable ROM): A EEPROM é uma EPROM onde o apagamento não é feito através de luz, mas sim através de impulsos elétricos. Essa tecnologia permite a reprogramação de circuitos sem a necessidade de remêve-los. Flash-ROM: A Flash-ROM é uma EEPROM que utiliza baixas tensões de apagamento e este é feito em um tempo bem menor (ou como dizem os norte-americanos, em um flash, daí o seu nome). Hoje em dia, a ROM da maioria das placas-mãe é formada por um circuito Flash-ROM, permitindo a reprogramação de seu conteúdo via software. Portanto, há duas diferenças importantes entre uma EEPROM e uma Flash- ROM: o apagamentoda Flash-ROM é extremamente rápido e, ao contrario da EEPROM, não é possível reprogramar apenas um único endereço, isto é, quando a memória é apagada, todos os seus endereços são zerados. Na EEPROM, é possível apagar o conteúdo de apenas um endereço e reprogramar somente um determinado dado. Existem três programas básicos instalados na memória ROM: BIOS(Basic Input/Output System) Sistema básico de entrada e saída. Ensina o processador a 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 placa-mãe, testa o teclado, carrega o sistema operacional para a memória RAM, entrega o controle do microprocessador ao sistema operacional. Quando se entra no Setup, as alteraçoes efetuadas sao armazenadas na memória de configuração da placamãe, também chamada memoria CMOS. A memória de configuração é uma memória do tipo RAM e, por isso, seu conteúdo é apagado quando sua alimentação é cortada. Para que isso não ocorra, as placas-mãe têm uma bateria que alimenta essa memória, para que as informações de configuração não sejam perdidas quando desliga-se o micro. Memória RAM (Random Access Memory). Figura 21 Representação da memória RAM 2

3 É a memória de acesso aleatório, sendo nessa área que os dados de um programa são executados, o principal programa que é executado na memória RAM é o Sistema Operacional. É uma área volátil, ou seja, se o computador for desligado inconvenientemente ou um determinado processamento for finalizado, 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 essas informações em disco magnético. Essa memória é uma referência para se adquirir um determinado computador, é a memória comercial, facilmente comprada em lojas de informática. Atualmente, é recomendado que se adquiria um computador que possua, no mínimo, 128 MB de memória RAM. As memórias RAM podem ser do tipo DRAM (Memória RAM Dinâmica) e do tipo SRAM (Memória RAM Estática), existe um terceiro tipo de memória chamada de VRAM (Memória RAM de Vídeo). A tabela abaixo compara características desses dois tipos de memória mostrando as vantagens e desvantagens de cada uma. Vantagens Desvantagens SRAM Mais rápida e não usa Alto Custo. o refresh DRAM Baixo Custo Mais lenta, uso do refresh As memórias RAM são divididas em: SDRAM (wide channel -64 bits) 8 bytes x 100 MHz = 800 Mbyte/s. Memória RAM Dinâmica com Sincronismo. Essas memórias chegaram a uma freqüência máxima de 133MHz. DDR SDRAM memória SDRAM de dupla leitura, ou seja, enquanto a SDRAM possui um ciclo de leitura apenas na subida do clock, a DDR possui ciclo de leitura na subida e na descida, conseguindo assim uma freqüência que é o dobro da SDRAM. Tipo de DDR Clock Tempo de Acesso Taxa de Transferência DDR MHz 5 ns 6400 MB/s DDR MHz 3,75 ns 8533 MB/s DDR MHz 3,1 ns MB/s DDR MHz x 8 2,5 ns MB/s RDRAM (RAMBUS) conhecida por sua alta capacidade de processamento. No mercado existem modelos com freqüência de 800MHz. Esse é um tipo especial de memória que estão presentes nas placas da Intel. Internamente 128 bits (16 bytes) a 100 MHz. Externamente16 bits a 800 MHz 2 bytes x 800 MHz = Mbytes/s 2 canais: Mbytes/s 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 através dessa técnica é armazenada em um arquivo do disco rígido, chamado de arquivo de troca (swap file). Criar um arquivo de troca de 100 MB, por exemplo, fará com que o processador pense que o micro tem 100MB de memória RAM. O processador 386 e superiores permitem que o arquivo de troca tenha até 64 Terabytes de tamanho. Nos sistemas operacionais mais atuais, o sistema operacional controla o tamanho do arquivo de troca automaticamente, aumentando e diminuindo o tamanho do arquivo de troca deforma automática, à medida que o usuário precisar (ou não) do uso desse recurso. Com isso, o arquivo de troca tenha até o tamanho do espaço disponível no disco rígido da máquina. Dispositivos de Armazenamento. São dispositivos responsáveis pelo controle de acesso e gravação de dados em meios de armazenamento como FITAS e Discos Magneticos. Os periféricos de armazenamento são conhecidos como: memória Secundária, memória de Massa ou memória Auxiliar. O HD 3

4 Também conhecido como Hard Disk, Disco Rígido ou Winchester é o principal dispositivo de armazenamento dentro do sistema computacional o seu tamanho comercial varia de 20GB até 1TB no padrão IDE ou SATA (Serial ATA). Figura Hard Disk Não confunda meio de informação e periférico. meio de informação é onde a informação fica armazenada (como disquete, papel, cd). O periférico é um dispositivo eletrônico que controla o acesso à informação armazenada no seu respectivo meio de informação. de acordo com determinado processamento, um periférico de armazenamento pode ser, em um determinado momento, um periférico de entrada (por exemplo: quando se efetua a leitura em um disquete, a informação será lida do disquete e será enviada para a ucp) ou um periférico de saída (por exemplo: quando se efetua a gravação de determinadas informações em um winchester, a informação é enviada da UCP para o periférico de armazenamento). Os principais dispositivos de armazenamentos utilizados no mercado são: CD lâmina de plástico e metal (alumínio) diâmetro de 120 mm (4,75 polegadas) espessura de 1,2 mm pit e land um ponto que reflete a luz é land ponto que não reflete a luz é pit pontos têm de 0,9 a 3,3 microns de comprimento, 0,6 microns de largura e 0,12 microns de profundidade pontos dispostos em uma espiral do eixo central até a borda, com espaçamento de 1,6 microns entre voltas e cerca de 3 milhas de comprimento CD-WO (Write Once) ou CD-R CD-R pode ser lido CD-DA players totalmente reflexivo (cristalino) apresenta uma camada de absorção entre o substrato e a camada de reflexão gravação mudança irreversível na reflexão aquecendo a camada de absorção (burning) polímero fica opaco com calor gravação forma zonas opacas, que difundem a luz zona opaca é interpretada como buraco (pit) pequena parcela é refletida na direção correta processo não reversível problemas com calor intenso (luz solar direta) CD-RW (regravável) CD-E (erasable) ou CD-RW (nome atual) liga de prata-índio-antimônio-telúrio dois estados (fases) um estado é cristalino - alta reflexão outro estado amorfo - baixa reflexão troca de fase sob influência de laser laser de menor potência troca de amorfo para cristalino repetição de 2000 a 5000 vezes 4

5 Digital Versatile Disk - Disco Versátil Digital (DVD) Figura - DVD Tecnologia de mídia óptica com capacidade de armazenamento elevada. Seu tamanho físico é igual ao de um CD tradicional. Pode ser usado para vídeo, áudio e dados. A maior capacidade de armazenamento de dados é devido ao maior número de trilhas (cabe maior números de pits e lands), do uso de mais camadas e de mais lados de gravação. Os tipos de discos e capacidades são: - DVD5: 4,7 GB, 133 minutos de vídeo (uma camada, um lado); - DVD9: 8,5 GB, 240 minutos de vídeo (duas camadas, um lado); - DVD10: 9,4 GB, 266 minutos de vídeo (uma camada, dois lados). - DVD18: 17 GB, 480 minutos de vídeo (duas camadas, dois lados). Para ler os dados das camadas, o sistema de leitura do DVD-ROM ou DVD Players, controlam o feixe do laser com focos diferentes. Durante a reprodução de vídeos em DVD, pode haver uma pequena pausa no momento em que a unidade troca de uma camada para outra. Observe que para os dois lados do DVD serem lidos automaticamente, a unidade de DVD deverá possuir dois conjuntos de cabeças. Caso contrário será necessário virá-lo manualmente. Evolutivamente surgiram quatro padrões de tecnologia de mídia de DVD que surgiram na tentativa de aumentar a capacidade de armazenamento e tempo de vídeo. Por questões mercadológicas, os DVDs lançados em todo o Mundo foram codificados em seis áreas regionais. Assim, um título lançado para uma determinada área, só pode ser acessado em equipamentos da área correspondente (normalmente há como quebrar esta limitação usando um código do fabricante). Os DVDs são gravados através de um algoritmo de compressão de dados chamado MPEG-2. Este algoritmo baseiase na perda de dados e com isso a qualidade não é a mesma de que se o vídeo fosse visto de forma não comprimida. 5

6 Blu-Ray Disc (BD) Depois de uma guerra travada com a Toshiba/NEC, que em fevereiro de 2008 a Toshiba anunciou que não continuaria com seu protótipo HD-DVD, ficando então a Sony na sucessão do DVD com o seu padrão Blu-Ray Disc. Uma característica importante dos discos Blu-ray é sua resistência aos arranhões e impressões digitais devido à sua morfologia. Os discos têm uma capa de substrato, cujo nome comercial é Durabis, que é composta por uma camada de substrato de 1,1 mm para um lado e 1 mm para o outro para permitir a criação de mais ficheiros de dados e o uso de um só lado. Inicialmente, pensou-se em criá-los como cartuchos, semelhantes a disquetes de computador, mas a TDK descobriu um substrato que permite evitar os arranhões e facilitar a leitura (mesmo que agora eles sejam bem menos comuns) quando sujos de gordura. Os formatos de leitura e gravação existentes para blu-ray são os mesmos do CD e DVD: Blu-Ray ROM Apenas Leitura Blu-Ray R Gravável Blu-Ray RE Regravável A codificação suportada é MPEG-2, MPEG-4, AVC (H.264) e VC-1. A capacidade de armazenamento de um disco com mesmo diâmetro do CD/DVD pode variar entre 25GB até 100GB dependendo do número de camadas e de lados a serem gravados. Um lado e uma camada (25GB) Um lado e duas camadas (50GB) Dois lados e uma camada (50GB) Dois lados e duas camadas (100GB) A velocidade de gravação para 1X é de 36Mbps ou 4,5 MB/s tendo uma variação linear, ou seja, na velocidade de 12X tem-se: 12 x 36 = 432 Mbps ou 54MB/s Fazendo uma comparação com relação a leitura o comprimento de onda do CD, DVD e Blu-Ray tem-se: CD 780nm (infravermelho) DVD 650nm (vermelho) Blu-Ray 405nm (azul-violeta) 6

7 Lembrando que quanto menor for o comprimento de onda mais preciso será a leitura e maior a quantidade de dados o dispositivo poderá ter. O Pendrive: Figura 30 - Pendrive Pendrive é um dispositivo de armazenamento conhecido como Memória USB, conectado a porta USB do computador é auto configurável, ou seja, plug and play e assume tamanhos que variam de 128MB até 80 GB, esses tamanhos levam em conta o pendrive e seus derivados MP3player, MP4player e etc. Fita Magnética ou Fita Dat Também conhecida como fita de Backup, a fita Dat ou fita Magnética é um dispositivo magnético de armazenamento de dados similar a fita K7. Quando comparadas aos discos ópticos e óptico-magnéticos, as vantagens das fitas são a grande capacidade de armazenamento, o baixo custo por unidade armazenada, a longa expectativa de vida e a confiabilidade na retenção dos dados ao longo de sua vida útil. Suas desvantagens são o acesso seqüencial (as fitas requerem um moroso avanço e retrocesso para que sejam acessados os dados desejados), a necessidade de treinar o operador ou usuário para sua manipulação correta, o elevado custo dos dispositivos de leitura/gravação e a maior fragilidade. O armazenamento de uma fita dat pode chegar a 400GB. Assim como nas fitas de vídeo esse tipo de fita também possui o modo sem e com compressão, ou seja, a possibilidade de usar o mesmo dispositivo com capacidades diferentes dependendo da qualidade exigida para a gravação. Por exemplo, quando se pretendia gravar um programa de TV usando a fita de vídeo poder-se-ia usar a fita para uma gravação de 2 horas com alta qualidade de vídeo ou uma gravação de 6 horas com baixa qualidade de vídeo. I. Características dos principais processadores do mercado Os principais fabricantes de processadores do mercado são: INTEL e AMD onde a Intel durante algum tempo domina o mercado e sempre sai à frente nas inovações e produtos de mercado. A Intel, por exemplo, oferece processadores como Pentium D e Pentium 4 para desktops e a Celeron M e Centrino para notebooks, que trazem a arquitetura de 32 bits. Já a série Intel Core Duo e Core 2 Duo tanto para PCs de mesa quanto para laptops rodam a 64 bits e contam com núcleo duplo, tem-se também a linha de quatro núcleos chamada de Core Quad e No caso da AMD, praticamente todas as suas linhas de processadores contam com arquitetura de 64 bits. São elas: Sempron, Athlon 64, Athlon X2 64 (núcleo duplo) e toda a linha FX. Para notebooks, AMD Turion 64 bits e AMD Turion 64 X2 (núcleo duplo). A exceção fica por conta dos modelos Sempron Mobile, também usados em notebooks, que possuem 32 bits. Todos os processadores contam ainda com uma tecnologia que permite aos chips da marca com arquitetura de 64 bits rodar aplicações de 32 bits com velocidade máxima. A seguir serão feitas apresentações de alguns dos principais processadores do mercado, as informações foram retiradas dos sites dos fabricantes ( e INTEL 7

8 Tipo do Processador Arquitetura (nm/bits) Cache L2/L3 Velocidade do Clock Barramento Frontal (Clock IN) Núcleos Core 2 Extreme QX nm/64bits 12MB/ND 3,20 GHz 1600 MHz 4 Core 2 Extreme QX nm/64bits 12MB/ND 3,20 GHz 1600 MHz 4 Core 2 Extreme QX nm/64bits 12MB/ND 3,00 GHz 1333 MHz 4 Core 2 Quad Q nm/64bits 12MB/ND 2,83 GHz 1333 MHz 4 Core 2 Quad Q nm/64bits 12MB/ND 2,66 GHz 1333 MHz 4 Core 2 Duo E nm/64bits 6MB/ND 3,16 GHz 1333 MHz 2 Core 2 Duo E nm/64bits 6MB/ND 3 GHz 1333 MHz 2 Pentium Extreme Edition nm/64bits 2x2MB/ND 3,73 GHz 1066 MHz 2 Pentium Dual-Core E nm/64bits 1MB/ND 2,40 GHz 800 MHz 2 Pentium Dual-Core E nm/64bits 1MB/ND 2,20 GHz 800 MHz 2 Pentium D nm/64bits 2x2MB/ND 3,60 GHz 800 MHz 2 Pentium D 950 Pentium 4 Extreme Edition suportando a Tecnologia Hyper- Threading Processador Intel Pentium 4 Extreme Edition suportando a Tecnologia Hyper-Threading Processador Intel Pentium com suporte para a tecnologia¹ HT Processador Intel Pentium com suporte para a tecnologia HT Processador Pentium 4 65nm/64bits 2x2MB/ND 3,40 GHz 800 MHz 2 90nm/64bits 2MB/ND 3,73 GHz 1066 MHz 1 0,13mícron /64bits 512KB/2MB 3,46 GHz 1066 MHz 1 90nm/64bits 2MB/ND 3,80 GHz 800 MHz 1 90nm/64bits 2MB/ND 3,80 GHz 800 MHz 1 90nm/32bits 1MB/ND 2,80 GHz 533 MHz 1 Processador Pentium 4 90nm/32bits 1MB/ND 2,40 GHz 533 MHz 1 8

9 AMD Tipo do Processador Arquitetura (nm/bits) Cache L2/L3 Velocidade do Clock Velocidade do Barramento Núcleos AMD Phenom X4 Quad- Core 9850 AMD Phenom X3 Triple-Core 8750 AMD Phenom X4 Quad- Core 9600 AMD Athlon X2 Dual- Core nm/64/32bits 4x512KB/2MB 2500MHz 4000MHz 4 65nm/64/32bits 3X512KB/2MB 2400MHz 3600MHz 3 65nm/64/32bits 4x512KB/2MB 2300MHz 3600MHz 4 90nm/64/32bits 1MB/ND 3200MHz 2000MHz 2 AMD Sempron LE nm/64/32bits 512KB/ND 2100MHz 1600MHz 1 AMD Athlon LE nm/64/32bits 1MB/ND 2400MHz 2000MHz 1 AMD Turion 64 X2 Dual- Core Mobile Technology TL nm/64/32bits 1MB/ND 2300MHz 1600MHz 2 9