Introdução à Ciência da Computação

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1 UESC Introdução à Ciência da Computação

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3 Dispositivos de entrada CPU Memória Dispositivos de saída

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5 Fluxo de Informações

6 Central Processing Unit - CPU Unidade Central de Processamento - UCP Responsável pela execução de fato das operações aritméticas e lógicas dos dados. É um circuito lógico responsável pelo funcionamento da máquina, onde Unidade de aritmética e lógica (UAL) realiza-se em ciclos, as seguintes operações transferência e Unidade de controle (UC) armazenamento de informações CPU: Registradores Os registradores são implementados com semicondutores e são utilizados como locais de armazenamento temporário de dados provenientes da memória destinados à UAL, ou vice-versa.

7 Principal: RAM (Randomic-Access Memory) ROM (Read-Only Memory) Auxiliar: Discos rígidos, disquetes, CD-ROMs, Fitas Magnéticas, etc.

8 Memória Memória principal Memória principal ROM Programa bootstrap Armazenamento em disco Sistema operacional Memória volátil Programa bootstrap Sistema operacional Armazenamento em disco Sistema operacional

9 Processamento de dados

10 Processamento de dados Exemplo: Micro-código para multiplicação 1. Carregar o primeiro número para o registrador AX 2. Carregar o segundo número para o registrador BX 3. Multiplicar AX por BX e colocar o resultado no registrador CX 4. Armazenar o valor de CX na memória

11 Processamento de dados Exemplo: U.C. U.A.L. 1. Carregar o primeiro número para o registrador AX 1. AX: 4 2. Carregar o segundo número para o registrador BX 2. BX: Multiplicar AX por BX e colocar o resultado no registrador CX 3. CX: Armazenar o valor de CX na memória

12 Fatores que afetam a velocidade do processamento Tamanho dos registradores Quantidade de memória Co-processador aritmético Relógio interno (clock) Barramento Memória cache

13 Fatores que afetam a velocidade do processamento Relógio interno (clock) Unidade de medida: Hertz (Hz) Ciclos de relógio por segundo 400 MHz, megahertz: 400 milhões de ciclos por segundo

14 Fatores que afetam a velocidade do processamento Barramento Barramento de dados 16 bits, 32 bits, 64 bits Barramento de endereços CPUs antigas: 20 bits 220, ou 1 Mb CPUs atuais: 32 bits 232, ou 4 Gb

15 Fatores que afetam a velocidade do processamento Memória cache Operação demorada: Memória Dados Registradores Cache é bem mais rápida do que a RAM.

16 Fatores que afetam a velocidade do processamento Memória cache

17 Fatores que afetam a velocidade do processamento Memória cache

18 Fatores que afetam a velocidade do processamento Memória cache

19 Fatores que afetam a velocidade do processamento Memória cache

20 Resumo O processamento no microcomputador ocorre na CPU, cujas duas partes principais são a Unidade de Controle e a Unidade de Aritmética e Lógica (UAL). A manipulação dos dados propriamente dita ocorre na (UAL), que está conectada a registradores que contêm dados. Uma parte da memória chamada ROM é não-volátil e é usada para armazenar instruções que fazem o computador funcionar no instante que ele é ligado.

21 Resumo A parte maior da memória, chamada RAM, é volátil: programas e dados podem ser armazenados e eliminados conforme necessário. A CPU acessa cada local de memória com um número exclusivo, chamado endereço de memória. O tamanho dos registradores determina a quantidade de dados com a qual o computador pode trabalhar em um dado instante.

22 Resumo A quantidade de RAM pode afetar a velocidade, porque quanto mais houver mais dados a CPU pode armazenar na memória principal, recorrendo menos ao armazenamento. O relógio do sistema (clock) define o ritmo da CPU. Há dois tipos de barramento (bus): o barramento de dados e o barramento de endereço. A largura do barramento de dados determina quantos bits de cada vez podem ser transmitidos entre a CPU e outros dispositivos.

23 Resumo O tamanho (ou largura) do barramento de endereços determina o número de bytes de memória que a CPU é capaz de acessar. A cache é um tipo de memória de alta velocidade que contém os dados e instruções mais recentemente carregados pela CPU. O co-processador aritmético acelera o processamento de operações aritméticas porque efetua cálculos de ponto flutuante para a CPU.

24 Placa Mãe Conecta a CPU aos demais componentes do computador: On-board A fim de reduzir custos, traz, embutidos, componentes das placas adicionais (som, rede, fax e vídeo) Off-board Desempenha apenas as tarefas de placa mãe. Provê um melhor desempenho Poderia ser comparada à medula de um computador. Leva as informações do cérebro ao resto do corpo

25 Placa Mãe Acomoda o processador e todos os componentes que permitem ao processador interagir com os demais periféricos Gerencia transação de dados entre CPU e periféricos. Muitas placas mãe permitem upgrade Modificação da velocidade do clock, tipo de processador...

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27 Tipos de Placa mãe Inicialmente as placas mães são divididas quanto a sua forma de alimentação. Conexão AT Conexão ATX

28 Tipos de Placa mãe Placa com conexão AT AT é a sigla para (Advanced Tecnology). Trata-se de um tipo de placa-mãe já antiga. Seu uso foi constante de 1983 até O conector de alimentação da fonte AT, que é ligado à placa-mãe, é composto por dois plugs semelhantes, que devem ser encaixados lado a lado, sendo que os fios de cor preta de cada um devem ficar localizados no meio. Com o padrão AT, é necessário desligar o computador pelo sistema operacional, aguardar um aviso de que o computador já pode ser desligado. As fontes AT não usam o recurso de desligamento automático. Os modelos AT geralmente são encontrados com slots ISA, EISA, VESA nos primeiro modelos e, ISA e PCI nos mais novos AT. A Posição dos slots de memória RAM e socket de CPU sempre em uma mesma região na placa-mãe, mesmo quando placas de fabricantes diferentes.

29 Tipos de Placa mãe Placa com conexão ATX ATX é a sigla para (Advanced Tecnology Extendend). O objetivo do ATX foi de solucionar os problemas do padrão AT. Praticamente todos os computadores novos vêm baseados neste padrão. Entre as principais características do ATX, estão: o 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.

30 Tipos de Placa mãe Placa com conexão ATX A posição dos slots de memória RAM e socket de CPU variam a posição conforme o fabricante. Nestas placas serão encontrados slots de memória SDRAM, Rambus, DDR ou DDR-II, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe. Geralmente os slots de expansão mais encontrados são os PCI, AGP, AMR/CNR e PCI-Express. Gerenciamento de energia quando desligado o micro, suporta o uso do comando "shutdown", que permite o desligamento automático do micro sem o uso da chave de desligamento encontrada no gabinete. Se a placa mãe for alimentada por uma fonte com padrão ATX é possível ligar o computador utilizando um sinal externo como, por exemplo, uma chamada telefônica recebida pelo modem instalado.

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32 BARRAMENTO É o caminho do processador com a memória e o circuito de apoio Barramento de dados: é por onde os dados circulam Barramento de endereços: é por onde a informação de endereço é fornecida Barramento de controle: informações adicionais: exemplo, se a operação é de leitura ou escrita.

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35 01 Slots PCI

36 Slot PCI Ligar os periféricos ao barramento, suas velocidades são correspondentes as do seus barramentos. Nas placas mãe são encontrados vários slots para o encaixe de placas. Alguns exemplos de slots: ISA (Industry Standard Architecture): Utilizado para conectar periféricos lentos (16 bits baixa velocidade) PCI: Periféricos que demandem velocidade, como a placa de vídeo. (32 bits, alta velocidade) AGP (Accelerated Graphics Port): Utilizado por interface de vídeos 3D, é o tipo de slot mais rápido do micro. (32 bits, alta vel

37 02 Placa de som embutida

38 Placa de Som Há algum tempo atrás, a Microsoft sugeriu ao fabricantes que todos os PCs já viessem de fábrica com placa de som. Essa sugestão, chamada especificação PC97, é opcional mas ajuda na hora de dizer que um determinado programa é ou não 100% compatível com a sua máquina. Desde então, vários fabricantes passaram a produzir suas placa mãe com placa de som. A maioria das placas é montada usando peças de diversos outros fabricantes. Com isso, os fabricantes de placa mãe foram naturalmente pressionados para que lançassem placasmãe que já viessem com uma placa de som embutida, fazendo com que o micro já fosse compatível com a especificação PC97.

39 03 Placa de rede embutida

40 04 Bateria para a BIOS e relógio interno

41 05 Conexões USB internas

42 Universal Serial Bus (USB) é um tipo de conexão Plug and Play que permite a conexão de periféricos sem a necessidade de desligar o computador. Foi concebido para minimizar o esforço de concepção de periféricos, no que diz respeito ao suporte por parte dos SO e hardware. Surgiu um padrão que permite ao SO e à placa mãe diferenciar, transparentemente: A classe do equipamento; As necessidades de alimentação eléctrica do dispositivo; As necessidades de largura de banda; Eventuais modos de operação internos ao dispositivo.

43 Antes do Próximo Componente O chipset da Placa Mãe determina as tecnologias que podemos ter ou não disponíveis no nosso sistema. Normalmente existem dois chipsets associados "Northbridge" e o "Southbridge". O chipset de "Northbridge" estabelece a comunicação entre o processador e o resto da Placa Mãe (RAM, AGP, e dispositivos PCI). O chipset de "Southbridge" estabelece a comunicação dos interfaces (IDE, Drive Disquetes, Portas Paralelas, Portas Serie, Firewire, Ethernet, etc).

44 06 Componente Southbridge (E/S)

45 07 BIOS

46 BIOS BIOS, sigla para Basic Input/Output System (Sistema Básico de Entrada/Saída). O BIOS é o primeiro programa executado. Sua função é preparar a máquina para que o SO, possa ser executado. O BIOS é armazenado num chip ROM (Read-Only Memory, Memória de Somente Leitura).

47 08 Conectores Serial ATA

48 Serial ATA Serial ATA, SATA ou S-ATA (Serial Advanced Technology Attachment) é uma tecnologia de transferência de dados entre um HD e a placa mãe. É o sucessor da IDE que foi renomeada para PATA (Parallel ATA) para se diferenciar de SATA. Diferentemente dos discos rígidos IDE, que transmitem os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios paralelos, os discos rígidos SATA transferem os dados em série em apenas quatro fios, o que permite usar cabos com menor diâmetro.

49 09 Conexões do gabinete (LEDs)

50 10 Conectores de som

51 11 Conector Ethernet (RJ-45)

52 12 Conectores USB

53 13 Porta paralela

54 A porta paralela é uma interface de comunicação entre um computador e um periférico. Possui taxa de transferência de 150 KB/s e é unidirecional. O sistema usa transmissão 4 bits por vez, com sinais de retorno como "busy", "paper out", etc. Para a conexão de ZIP drives e até mesmo impressoras mais rápidas, a porta paralela tradicional é muito lenta, sobretudo porque é unidirecional e utiliza apenas 4 bits de retorno (ou seja, transmite a 8 bits, porém recebe informações a 4 bits por vez).

55 14 Conectores de teclado e mouse

56 Os conectores de mouse e teclado introduzidos com o PS/2 eram conectores mini-din de 6 pinos. Na época, os PCs de outros fabricante usavam teclados com conector padrão AT (DIN de 5 pinos) e mouses seriais (conector de 9 pino, DB-9). Atualmente os PCs usam conectores de mouse e teclado no mesmo padrão do PS/2. Com a especificação PC97, estes conectores passaram a ser coloridos: verde para o de mouse e lilás para o de teclado.

57 15 Slot AGP

58 AGP Acelerated Graphics Port. Barramento rápido usado pela placa de vídeo. Aparece como um slot marrom na placa mãe. Existem várias versões do AGP, chamadas AGP 1X, 2X, 4X e AGP Pro. O AGP 1X permite transmissão 266 MB/s, AGP 2X trabalha a 533 MB/s. AGP 4X atinge 1066 MB/s. AGP Pro, possui uma capacidade maior de fornecimento elétrico. Enquanto os slots AGP tradicionais fornecem até 20 Watts, os slots AGP Pro fornecem 50 Watts (AGP Pro 50) ou 110 Watts (AGP Pro 110).

59 16 Componente Northbridge (Memória/vídeo/CPU)

60 17 Encaixe para o cooler

61 18 Soquete do processador

62 O processador fica encaixado no socket devendo observar que uma placa-mãe não aceita qualquer tipo de processador, pois é desenvolvida para modelos específicos. Cada tipo de processador tem características que o diferenciam de outros modelos, a quantidade de pinos, por exemplo, ou na velocidade de processamento. Assim sendo, a placa-mãe deve ser desenvolvida para aceitar determinados processadores

63 As placas mãe são desenvolvidas para serem compatíveis com mais de um processador. Uma placa mãe soquete 7, por exemplo, suportará desde um Pentium de 75 MHz até um K6-2 de 550 MHz, passando por processadores Pentium MMX, K6 e Cyrix 6x86. Uma placa soquete 370, suporta processadores Celeron e Pentium III. Placas soquete A são compatíveis com os processadores Athlon e Duron da AMD.

64 Socket 7 Processor P55C/P54C/P54CS 90MHz-233MHz (66Mhz). Cryix M IITM 300MHz ~ 333MHz, 6x86MXTM PR166+ ~ PR266+ AMD-K6-2, AMD-K6? 233MHz ~ 350MHz, AMD-K MHz ~ 500MHz

65 Apaptador de Socket 370 para Slot1.

66 Suporte a Pentiun II

67 Placa Mae Para Socket 939 Pinos, Suporta Processadores A64 e Dual Core X2 ate o modelo 4800+

68 Socket 775 Processadores AMD Athlon 64 (64-bits) e Sempron

69 19 Slots de memória

70 As placas-mãe mais antigas trabalhavam com tecnologia conhecida com SDRAM ou DIMM, atualmente o padrão mais usado é o DDR (Double Data Rate). As memórias RAM também trabalham com velocidade (clock) diferente. As DDR mais comuns trabalham 266, 333, 400, e 533Mhz. Existe também a DDR2, que trabalham a velocidades de 533, e 677 Mhz Com relação à capacidade de instalação de memória RAM nas placas-mãe mais antigas chagava a 32MB ou 64MB, entretanto hoje é comum micros com 512MB ou 1024MB(1GB) e podendo expandir (dependendo da placa-mãe) até 8GB

71 SIMM 72 pin

72 DIMM

73 DDR

74 DIP SIPP SIMM 30 pin SIMM 72 pin DIMM (168-pin) DDR DIMM (184-pin)

75 DDR400 de 1GB da Kingston SDRAM ou DIMM

76 20 Conectores IDE

77 21 Conector de força

78 22 Conector do floppy

79 23 Controlador de discos

80 Portas Básicas 1. Porta Paralela Para impressora Porta PS/2 Mouse e Teclado Porta Serial Mouse, Modem 3. Porta USB Impressora Scaner, Pen Drive

81 Processadores Barramento Assim como o barramento do PC, o processador também possui um barramento interno de dados e endereços. O Processador usa um barramento para se comunicar com os dispositivos. Assim é possível que o processador envie informações e receba. Esse barramento é conhecido como "barramento de dados" (ou data bus).

82 Processadores Barramento Quando o processador trabalha com a memória, ele faz uso de um "barramento de endereços" (também chamado de "clock externo"), pois através de um "endereço" é que o processador localizará os dados que precisa e que estão armazenados na memória do computador. É também por este barramento que o processador consegue determinar para qual dispositivo serão enviados os dados tratados. Seu valor é medido em Hz.

83 Processadores Barramento N a parte de baixo de um processador existe terminais ou pinos de contato. Cada um destes pinos possui uma função e trabalha com 1 bit por vez. Assim, quando se diz que o barramento de dados trabalha a 16 bits, isso quer dizer que, o processador destina 16 "perninhas" para esta função. A mesma regra vale para o barramento de endereços, ou seja, este também trabalha com uma certa quantidade de pinos, correspondentes à quantidade de bits.

84 Processadores Barramento

85 Processadores Encapsulamento Os processadores são envolvidos por um envólucro, que tem por finalidade proteger seus circuitos internos de impurezas, irradiações e interferência e que também permitem manuseá-los com segurança.

86 Processadores Modos de Operação Para que os processadores mantivessem a compatibilidade de operação entre eles foram desenvolvidos 2 modos de operação : Modo Real O processador se porta exatamente como um 8086, possuindo exatamente o mesmo conjunto de instruções e acessando apenas 1 MB de memória. (nenhum recurso extra é conseguido).

87 Processadores Modos de Operação Modo Protegido Onde o processador pode atingir o máximo de seu desempenho com um conjunto de instruções mais complexo e uso de recursos extras como : Memória virtual Proteção de Memória Multitarefa

88 Referências Material adaptado de: Amaral. R, Funcionamento do Computador. Disponível em Computador.ppt

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