Capítulo 1 Introdução

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1 Capítulo 1 Introdução Hardware nada mais é do que a parte física de um computador. Uma placa mãe, um disco duro, um gravador de CDs, etc., são o Hardware do computador pessoal. Quando se fala em montar um computador ou até mesmo em realizar a manutenção neste equipamento, pode achar-se que se trata de procedimentos complexos e altamente técnicos, porém isso é apenas uma mística em torno do procedimento como um todo. Na realidade é tudo muito simples, exigindo apenas cuidados especiais (fáceis de serem tomados) e actos ordenados. Qualquer computador, seja o utilizado em casa, na escola ou numa empresa (um poderoso servidor), é sempre uma máquina com 5 componentes básicos: -Placa mãe; -Processador; -Memórias; -Unidades de armazenamento de dados; -Dispositivos de entrada e saída. A Motherboard ou Placa-mãe Também conhecida por MotherBoard, a placa mãe pode ser comparada ao alicerce de uma casa, ou seja, é sobre ela que encaixamos os demais componentes, como por exemplo o processador, as placas de memória, etc...

2 A placa mãe faz com que as informações (dados) possam ser processadas e levadas de um lado para o outro, de acordo com o processamento a ser realizado. Para cada tipo de processador temos determinados tipos de placas mãe. O Processador O processador é o cérebro do sistema, encarregado de processar todas as informações. Porém, apesar de toda sua sofisticação, o processador não pode fazer nada sozinho. Para termos um computador funcional, precisamos de mais alguns componentes de apoio: memória, unidades de disco, dispositivos de entrada e saída e, finalmente, dos programas a serem executados. Em algumas publicações o processador é chamado de CPU (do inglês, unidade central de processamento). Memória RAM Para poder trabalhar, o processador precisa da memória RAM, que é vendida na forma de pequenas placas, chamadas módulos de memória, que são encaixadas na placa mãe. Conhecidos pelo termo pente de memória, uma espécie de apelido, que surgiu por os contatos metálicos dos módulos lembrarem um pouco os dentes de um pente.

3 É na memória RAM que o processador irá armazenar e buscar os programas a executar, e ao mesmo tempo armazenar dados temporários, que serão libertados ou guardados à posteriori no disco duro. Quando desligamos o equipamento todo o conteúdo da memória RAM é apagado (RAM significa RANDOM ACCESS MEMORY ou memória de acesso aleatório) e, os programas e dados que não podem ser perdidos deverão ser guardados previamente em sistemas de memória secundários ou unidades de armazenamento de dados, como por exemplo o disco rígido do computador, ou num CD-R, através de uma unidade de gravação de CD'Rs. Repare que "disco duro", "disco rígido" e "HD" (hard disk) significam a mesma coisa. Unidades de armazenamento de dados Através destas unidades, podemos armazenar em discos, CDRs, etc., os dados e programas utilizados no microcomputador. Quando o computador necessita de alguma informação armazenada nestes suportes, esta será lida, transferida para a memória RAM, e, em seguida, carregada para o processador, através da placa mãe para que seja processada.

4 Dispositivos de entrada e saída de dados Em determinadas situações os dados devem ser levados para fora do computador ou no caminho inverso, de fora para dentro. Por exemplo: Se está a enviar um , além de processar as informações o processador deverá ter à sua disposição um Modem ligado à linha telefónica, para que este processamento possa ser realizado. Ou, se quer imprimir o conteúdo de um documento, deverá ter instalado no seu equipamento uma impressora (periférico). Para processamentos iguais ou similares a estes, necessitamos dos dispositivos de entrada e saída de dados. Capítulo 2 Linguagem Binária Antes de começar a estudar cada um dos componentes citados de forma genérica no módulo anterior, deveremos conhecer como os circuitos electrónicos que compõe estes componentes comunicam entre si. As peças que compõe o computador fazem parte de um sistema electrónico digital, que comunicam através de números binários ou simplesmente através de um sistema binário. Neste sistema temos apenas dois valores possíveis: - 1 ou positivo; - 0 ou negativo. Um algarismo binário é chamado de bit (binary digit), e constitui a unidade mínima possível de transmitir informação.

5 A um conjunto de 8 bits dá-se o nome de Byte, que é a quantidade mínima de informação necessária para expressar um caractére, seja ele um número ou uma letra. 8 bits = 1 Byte Na matemática corrente trabalhamos com o sistema decimal, ou seja, com múltiplos ou módulos de 10. No sistema binário trabalha-se com octectos, conjuntos ou módulos de 8. É por isso que os seus múltiplos apresentam uma ligeira diferença matemática em relação ao sistema decimal. Observe: Quantidade Equivale a Kilo (K) Mega (M) Giga (G) Tera (T) Peta (P) Daí ouvirmos falar em valores tais como: 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, etc., sejam eles referentes àvelocidade de transmissão de dados (Hertz), ou à capacidade de armazenamento de dados (Bytes), ou seja, em módulos ou múltiplos de 8. Já todos ouvimos a frase: o HD (disco do computador onde os dados são armazenados) possui (ou é de) 40GB. Por outras palavras, o que se está a afirmar é que o equipamento poderá armazenar um total de 40 x informações. Outra informação bastante comum apresentada a quem vai comprar um equipamento é a velocidade de transmissão de dados e, aqui também se emprega a mesma lógica dos meios físicos de armazenamento de dados. Por outras palavras, estamos afirmando que um equipamento digital que realiza a transmissão de dados opera a um determinado número de bits, ou seja, o canal de comunicação desta peça transmite e/ou recebe informações nesta quantidade de bits por procedimento. Estes dispositivos operam a troca de informações de duas formas distintas:

6 -transmissão paralela de dados; -transmissão série de dados. Transmissão paralela Na transmissão paralela os bits trocados entre o transmissor e o receptor são transmitidos simultaneamente, através de um conjunto de canais, que determinam a largura de banda dessa transmissão: quanto maior for o número de canais maior é a largura de banda, medida em Bytes por segundo (By/s). É por este processo que se realiza a comunicação dos circuitos que compõe o computador. Veja o gráfico abaixo: Todos os componentes internos do computador utilizam a transmissão paralela para efectuar a sua comunicação (transmissão/recepção) de dados.

7 Capítulo 3 O Relógio do Sistema O relógio do sistema é basicamente o seu coração: quanto mais rápido bate, maior é a velocidade de processamento do computador. Funciona como sinal de controlo da sincronização da transmissão de dados entre duas partes do processamento: receptor e transmissor. Nos equipamentos do tipo Pentium III e anteriores, é enviado um dado por cada impulso do relógio, conforme podemos observar na figura abaixo: Os equipamentos mais actuais, tipo Pentium 4 e o seu principal concorrente no mercado, o Athlon da AMD, permitem a transmissão de mais do que um dado por cada impulso do relógio. A unidade de medição da velocidade do relógio do sistema é o Hertz ou Hz, que significa "número de impulsos (ou ciclos) por unidade de tempo" (o segundo). Dada a enorme velocidade que os equipamentos modernos já atinjem, usa-se um múltiplo desta unidade, o kilo hertz (KHz), o mega hertz (MHz), etc. É esta a unidade de medida da velocidade de comunicação entre o processador e a placa mãe, entre a placa mãe e o HD, e entre o HD e qualquer outro equipamento do computador, e por aí adiante. Exemplo: um pente de memória (nome dado a uma placa de memória RAM) de 256Mb (capacidade de armazenamento do pente) possui uma frequência de 100MHz e um outro modelo, uma frequência de 133MHz, que correspondem a: 100MHz ----> 100 milhões de impulsos (ou ciclos) por segundo. 133MHz ----> 133 milhões de impulsos (ou ciclos) por segundo.

8 A quantidade de informação (em bits) que pode ser transmitida em cada impulso do relógio, é a chamada Taxa de Transferência. Por exemplo, num equipamento com a taxa de transferência de 64bits, cada pacote transmite 64bits por segundo (ou 8 Bytes). Daí que a unidade adoptada para a medição da Taxa de Transferência seja o B/s (Byte por segundo) ou um dos seus múltiplos: KB/s, MB/s, etc. Veja o exemplo abaixo: A unidade de CD-ROM da LG, modelo CRD-8521B tem uma velocidade ou taxa de transferência de KB/s, ou 7.8 MB/s. Capítulo 4 A Comunicação Série Alguns equipamentos que não estão presentes na CPU do seu computador (como o teclado por exemplo), utilizam outro tipo de transmissão para enviar dados. Este tipo de transmissão é conhecido por transmissão série. Neste tipo de transmissão, é enviado um bit de cada vez e, a principio podemos notar uma desvantagem em relação à transmissão paralela: a velocidade. Uma transmissão paralela de 32 bits, será 32 vezes mais rápida que uma transmissão série. Mas então porque se emprega a transmissão série em determinados equipamentos? A resposta é: a segurança da transmissão.

9 Na transmissão série, é empregado um único fio para o procedimento e, desta forma, este tipo de transmissão está menos sujeita à interferência no processo. Estas interferências recebem o nome de: - ruído; - atenuação. A transmissão série pode realizar-se de duas formas: Síncrona -> emprega um único fio para a transmissão do dado (impulso de relógio). Aqui o receptor irá interpretar esta comunicação para saber onde começa e termina a transmissão, sem uma espécie de resposta de confirmação; Assíncrona -> aqui o mesmo fio por onde o dado é transmitido, será utilizado para a transmissão dos sinais de sincronismo, para saber do sucesso da comunicação entre o transmissor e receptor. Os sinais de sincronismo utilizados na comunicação recebem o nome de start bit e stop bit, sendo utilizados para saber onde se inicia e termina a transmissão respectivamente. A velocidade de comunicação na transmissão série é medida em bits por segundo (b/s), justamente pelo fato desta tecnologia empregar a transmissão bit a bit. Quando afirmamos que a comunicação série é mais segura que a paralela, não estamos a afirmar que os dispositivos que empregam a transmissão paralela não sejam seguros, dado que os mesmos empregam tecnologias que visam a correcção de erros, para verificarem se os dados foram transmitidos de forma correcta e segura. Na transmissão paralela, os esquemas de correcção mais conhecidos são: - checksum; - CRC. Esta tecnologia opera da seguinte forma: O sistema envia uma determinada quantidade de dados, através de valores pré-determinados; Após o envio de cada quantidade especificada, o equipamento transmissor efetua uma soma sobre a quantidade de dados transmitidos;

10 O valor desta soma é chamada de checksum e, este valor será transmitido ao receptor; O receptor por sua vez, ao receber o ckecksum, irá realizar a soma da quantidade recebida até o momento; A soma realizada pelo receptor deverá ter o valor igual ao do campo checksum enviado pelo transmissor; Iguais os valores obtidos pela soma do receptor com o do checksum do transmissor, indica que os dados foram transmitidos e recebidos correctamente (diz-se que os dados não foram corrompidos) e, o receptor enviará uma mensagem de ok ao transmissor; Quando o transmissor recebe a mensagem de confirmação de ausência de erros, pode enviar o próximo pacote de dados; Se os valores obtidos pela soma do receptor com o do checksum do transmissor não forem iguais, os dados não terão sido transmitidos e recebidos corretamente (os dados foram corrompidos) e, neste caso o receptor enviará uma mensagem de negativa ao transmissor; Quando o transmissor recebe uma mensagem de negative acknowledge, deverá reenviar o pacote de dados que faz parte do checksum problemático. Quando ocorre o negative acknowledge, ocorrerá um atraso no processamento como o todo e, automaticamente o processamento ficará mais lento. Um exemplo padrão da comunicação série é a usada no rato do computador bem assim como no teclado do sistema, enquanto que o exemplo mais vulgar da comunicação paralela é a que se verifica com a impressora assim como no interior do próprio computador. Actualmente, tanto o rato como a impressora usam já a transmissão USB (Universal Serial Bus) que é bastante mais rápida que as duas outras formas de transmissão referidas, dado usar uma muito maior largura de banda de transmissão de dados (número de canais para a transmissão em simultâneo dos dados a transmitir). Uma diferença fundamental entre a transmissão paralela e transmissão série, está no facto da transmissão paralela medir a sua velocidade em bytes por segundo (B/s), enquanto que a transmissão série emprega a medida bits por segundo (b/s).

11 Capítulo 5 A Motherboard A peça (placa) base para que possamos montar a estrutura básica de um computador pessoal (PC) é o que conhecemos por MotherBoard (Placa-mãe). Esta placa contém os principais circuitos do equipamento, suportes para o encaixe do processador, memória RAM (Ready Only Memory) bem como os encaixes para outras placas (slots), como veremos mais à frente. Observe o gráfico abaixo, que é a verdadeira estrutura de um PC: Conforme observamos antes, a placa-mãe é uma espécie de mesa de montagem, ou seja, é nela que iremos encaixar todos os demais componentes que farão parte do nosso computador (PC). A escolha da placa-mãe do computador é fundamental, pois a mesma influencia directamente a performance final, ou seja, dependendo da placamãe, um computador poderá ser mais ou menos veloz no seu processamento final. Muitas são as empresas que produzem placas mãe. Dentre as mais conhecidas do mercado destacamos: ASUS Intel Soyo

12 Vamos estudar os componentes básicos de uma placa mãe. Este estudo será genérico e, dependendo do modelo da placa, alguns componentes podem ou não existir. Veja por exemplo, na figura abaixo, uma foto de uma placa mãe ASUS: Vamos começar pelos Slots de expansão. No gráfico acima temos Slots PCI e ISA. Algumas placas vêm também com Slots AGP, AMR e CNR. Os Slots tem a função de possibilitar a comunicação entre as placas dos periféricos e, dependendo do tipo de placa, teremos um tipo de Slot apropriado. Veja abaixo o significado das siglas mencionadas: PCI (Peripheral Component Interconnect); ISA (Industry Standard Architecture); AGP (Accelerate Graphics Port); AMR (Audio and Modem Riser); CNR (Communications and NetWork Riser).

13 Estes conectores (Slots) são na verdade uma via de comunicação, realizada através de um barramento. Existem diversos tipos de barramentos, sendo que o principal deles é o barramento local, que forma a via de comunicação entre o conector do processador com os principais circuitos da placa-mãe (memória RAM, memória Cache L2 e ChipSet). Por estarem directamente ligados ao processador, este é o barramento mais rápido do equipamento. E por existirem diversos processadores, cada um utilizado a sua própria estrutura de barramento conforme suas características, este tipo de barramento não é padronizado. Em resumo, cada processador exige um determinado grupo de modelos de placa-mãe. Barramento / Slots ISA (também conhecidos por Slot AT) Foi o primeiro modelo de barramento de expansão utilizado em Placas-mãe. Este primeiro barramento era de 8 bits, pois o processador 8088 possuía um barramento de dados de 8 Bits. Com a evolução dos modelos, surgiu a necessidade de um novo modelo de barramento e Slot ISA, aumentando assim o seu tamanho e a sua forma. Observe a relação abaixo: Barramento de dados de 16 Bits; Barramento de endereços de 24 bits; O novo padrão do Slot ISA passava a contar com duas partes, a primeira para manter a compatibilidade com as antigas placas periféricas ISA fabricadas para os computadores PC-XT e, uma segunda parte com os controles adicionais para os novos modelos, observe o gráfico a seguir: 1- Aqui temos a primeira parte (nos modelos PC-XT, o Slot ISA tinha exactamente a aparência física desta primeira parte (além de empregar a mesma tecnologia) e, assim sendo, o Slot ISA poderá receber uma placa ISA projectada para o antigo modelo de Slot de 8 Bits ou para o novo modelo de Slot de 16 Bits (de acordo com a compatibilidade do resto do equipamento).

14 2 -Aqui temos a extensão do Slot ISA, gerado para o novo modelo de placas ISA de 16 Bits. Importante: Algumas placas-mãe oferecem dois tipos de Slot ISA, ou seja, tanto um Slot do modelo de 8 Bits, como um Slot do modelo de 16 Bits, sendo que isso não significa que uma placa periférica qualquer de 8 bits não possa ser conectada ao Slot com extensão. Isso porque os Slots ISA são conectados em paralelo, tornando-os 100% compatíveis entre si. De entre as suas características operacionais, podemos destacar: A manipulação de dados em 16 Bits; O acesso a uma carga máxima de 16Mb RAM; Uma frequência de operação de 16 MHz. Em PC's mais recentes, onde a velocidade de comunicação do processador com determinadas placas periféricas possa ser realizada a uma velocidade maior, com as placas do modelo ISA a velocidade estará limitada a 8 MHz, fazendo com que o utilizador não possa explorar todos os recursos de seu equipamento. Esta limitação existe para tornar compatíveis placas antigas com equipamentos mais modernos. Muitos computadores (como os antigos Pentium 233 ou similares), utilizavam principalmente placas de vídeo e de som de modelos mais antigos (muitos utilizadores faziam upgrade de seu equipamento, aproveitando algumas placas de seus modelos anteriores). Para tornar compatível a comunicação do barramento ISA com o barramento local de PC's mais recentes (estamos a falar em diferenças de 16Bits do barramento ISA para os normais 64 Bits dos equipamentos mais modernos), existe um circuito especial para possibilitar esta comunicação sem que exista a perda de informações. Este circuito está presente no Chipset da placa-mãe e promove a conversão das informações de um barramento para o outro (imagine um tradutor operando entre um Português e um Japonês, possibilitando por intermédio deste, a conversação entre os dois lados).

15 Capítulo 6 Comunicação de dados As placas periféricas, assim como as que se encaixam nos Slots ISA utilizam alguns dos recursos que citamos no módulo anterior, ou seja: - Endereços de I/O; - Linhas de interrupção (IRQ); - Canais DMA. O barramento ISA trabalha com estes recursos conforme a tabela a seguir: Recurso IRQ Endereços I/O DMA Observações gerais 15 linhas 1Kb (endereço de 000h a 3FFh) 7 Canais disponíveis Vamos começar a estudar os endereços de I/O (Input/Output), que são endereços utilizados para estabelecer e realizar a comunicação do processador com um determinado dispositivo (placa periférica). Por exemplo, veja abaixo a listagem do endereço de I/O utilizado pela porta paralela da impressora:

16 Quando o sistema envia um determinado conteúdo para impressão, o mesmo será enviado pelo endereço em destaque na figura acima. Neste caso, os dados são enviados de forma automática, pois a impressora está ligada à porta paralela do PC. Com as placas ISA ocorrem frequentes conflitos no sistema, dado possuirem apenas 1 Kb para representar o endereço e, devido a este facto, a possibilidade de duas placas estarem configuradas para um mesmo endereço ser grande. A configuração dos endereços de uma placa ISA poderá ter duas formas: ð As placas mais novas, que utilizam a tecnologia Plug And Play, e neste caso a configuração é feita automaticamente pelo sistema operativo (caso o mesmo também seja Plug And Play). ð As placas mais antigas deverão ser configuradas através de Jumpers, que são localizados na própria placa ou diretamente pelo gestor de dispositivos do Windows. Vamos então estudar as IRQs que são responsáveis pelos pedidos de interrupção. Vamos dar um exemplo prático: ao movimentar o rato, e durante a sua movimentação, é gerado um pedido de interrupção ao processador, que deverá ler imediatamente a nova posição do ponteiro de acordo com o seu movimento, ou seja, uma interrupção nada mais é do que um periférico forçar a atenção do processador para uma determinada acção. Os primeiros PCs possuíam apenas um circuito de interrupção e, nos da linha 286 foi adicionado um circuito extra de interrupção, empregando uma técnica de processamento em cascata. Actualmente, os circuitos de interrupção são integrados no ChipSet da placa-mãe, sendo este o responsável pelo controle do barramento ISA. Os controladores do circuito de interrupção das placas actuais recebem o nome de Ponte Sul. Um circuito controlador de interrupções pode administrar um máximo de 8 pedidos de interrupções (conhecidos por IRQs). Mas se temos dois circuitos controladores teríamos que ter 16 linhas de interrupção disponíveis. Porém, e como já referimos antes, temos apenas 15 linhas para o efeito. Para remediar isso os circuitos trabalham em cascata e, desta forma, perdemos sempre 1 linha de interrupção. Os pedidos de interrupção obedecem a uma prioridade de acordo com a linha em que o mesmo foi gerado. Esta prioridade

17 pode ser observada na tabela abaixo, onde o IRQ 0 tem maior prioridade sobre os demais e, assim sucessivamente: IRQ 0 temporizador da placa mãe IRQ 1 Teclado IRQ 8 Relógio do sistema IRQ 9 Placa de vídeo VGA IRQ 10 disponível na maioria dos casos IRQ 11 disponível na maioria dos casos IRQ 12 Mouse (rato) PS/2 IRQ 13 Co-processador aritmético IRQ 14 Porta IDE primário (Disco rígido ou HD) IRQ 15 Porta IDE secundário (segundo HD ou gravador de CD / CD-ROM) IRQ 3 Porta série em COM2 e COM4 (para, por exemplo, um Modem) IRQ 4 Porta série em COM1 e COM3 (para, por exemplo, um Rato) IRQ 5 Placa de som ou LPT2 IRQ 6 Unidade de disquetes IRQ 7 Porta paralela LPT1 (impressora paralela) Menor prioridade Actualmente, diversas interrupções são ocupadas automaticamente pelo sistema. Assim sendo, existem poucas linhas disponíveis para o trabalho com periféricos, conforme podemos observar na tabela acima. Vale lembrar que as placas ISA não oferecem suporte ao compartilhamento de interrupções e, ocorrendo esta situação (dois dispositivos utilizando o mesmo canal), irá gerar-se um conflito no sistema. Podemos verificar o IRQ que está a ser utilizado por um determinado dispositivo através do Gestor de Dispositivos do Windows. Observe na figura seguinte o IRQ utilizado pela placa de vídeo do sistema:

18 Capítulo 7 Controlador DMA O controlador DMA ou simplesmente DMA é responsável por possibilitar a troca de informações entre placas ISA e a memória RAM. A sigla DMA representa Direct Memory Access (Acesso directo à memória), ou seja, o processador neste caso não é utilizado. Este dispositivo aumenta consideravelmente a performance do equipamento. Nos equipamentos mais recentes, este circuito é conhecido por Ponte Sul e está presente no ChipSet da placa-mãe. O controlador DMA possui uma série de canais que são responsáveis pela ligação e transferência dos dados. O DMA é numerado de 0 a 7: DMA 0 DMA 1 DMA 2 DMA 3 DMA 4 DMA 5 DMA 6 DMA 7

19 Das linhas supra citadas, apenas a 4 não está disponível. Esta é empregada para a ligação entre dois controladores. Normalmente estes canais são empregados pelas seguintes placas: DMA n.º DMA 0 DMA 1 ou DMA 5 DMA 2 DMA 3 DMA 4 DMA 6 DMA 7 Utilização habitual Sem uso específico Placas de som Unidades de disquetes Sem uso específico Indisponível Sem uso específico Sem uso específico É importante lembrar que os canais DMA não poderão ser utilizados por mais de um dispositivo ao mesmo tempo, caso contrário teremos um conflito um ou mais dispositivos poderão não funcionar normalmente. Observe no gráfico abaixo o canal DMA que está a ser utilizado pelo controlador padrão de disquetes: Conforme a tabela que foi apresentada, o canal de acesso directo à memória utilizado neste caso, é o de número 02. Para chegarmos a esta janela, utilizamos o gestor de dispositivos do Windows.