Arquitectura de um Sistema PC

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1 Arquitectura de um Sistema PC MotherBoard Processadores Memórias (RAM e SRAM) Realizado Por: Rafael Pais Gisela Silva 1º E.I

2 Índice: 1 MotherBoard Introdução Como Tudo Começou Constituição da MotherBoard Tipos de Dados Chipsets Ventilação Processadores 2.1 Introdução A História do Processador Instruções de um Processador Performance de um Proc. 9 3 Memórias Introdução Constituição da memória Verificação de Erros Tipos comuns de RAM Bibliografia. 14 Página 2

3 1 MotherBoard: 1.1 Introdução: A MotherBoard foi sempre uma peça integral da maioria dos computadores pessoais há mais de 20 anos. Pensemos numa Motherboard como um modelo da escala de uma cidade futurista com muitos edifícios de encaixe modulares, usando a energia de um sistema eléctrico comum. A MotherBoard é uma infraestrutura de dados e de energia para o computador. As MotherBoards (chamadas também de mainboards) são realmente uma extravagância da arquitectura usada há anos em computadores. Várias placas de circuito que executam várias funções que ligam em muitos sockets similares numa só placa de circuito comum. 1.2 Como tudo começou: O PC da IBM teve a primeira MotherBoard num PC. Neste projecto, que foi premiada em 1982, a MotherBoard era um cartão de circuito impresso grande que continha o microprocessador 8088, o BIOS, os sockets para a RAM do CPU e uma colecção de slots em que os cartões auxiliares poderiam ligar. Se quiséssemos adicionar um disco duro ou uma porta paralela ou um joystick, comprou um cartão separado e ligou-os em cada slot. Esta aproximação foi feita pelo mercado maciço da máquina Apple II. Fazendo a fácil adicionamento de cartões, a Apple e a IBM realizaram dois grandes feitos: Adicionar novas características facilmente a máquina; Abriram o computador às oportunidades criativas para vendedores 1.3 Constituição da MotherBoard: A MotherBoard é uma placa de circuito impressa em Multi-camadas. Os trajectos de cobre do circuito chamados de traços que se assemelham a um mapa rodoviário complicado transportam sinais e tensões através da MotherBoard. Página 3

4 Em baixo vemos uma motherboard que suporta 2 processadores, tem 5 slots PCI. A Board suporta a velocidade do BUS de 133Mhz e tem UDMA-100 (ultradirect memory access-100). Tem 4 portas USB e placa de áudio incorporado. Em Algumas MotherBoards, existem um pequeno slot, que é o AMR (Áudio Modem Riser) e nesse slot liga-se o modem que suportam essa slot. Nas Motherboards mais antigas existiam as Slots ISA, que se usavam muito para ligar placas de som. Página 4

5 O Bios é comum em todas as MotherBoards 1.4 Tipos de Dados: As MotherBoards modernas da classe Pentium têm um BUS de dados com 64 bits. Isso é a largura da auto-estrada de dados que vai dentro e fora do processador. Os processadores Pentium, entretanto, usam registos 32-bit e usam instruções 32-bit. As velocidades e as larguras do BUS aumentaram devido aos processadores mais rápidos e as necessidades de aplicações multimédia. Os nomes e as larguras típicos do BUS são: Industry Standard Architecture (ISA) - 8 ou 16 bits Extended Industry Standard Architecture (EISA) - 8 ou16 bits Microchannel Architecture (MCA) 16 ou 32 bits VESA Local Bus (VLB) 32 bits Peripheral Component Interconnect (PCI) 32 ou 64 bits Accelerated Graphics Port (AGP) 32 bits 1.5 Chipsets Chipsets fornecem o suporte para o processador da motherboard. O Intel 440BX é o chipset dominante nos computadores pessoais de non-apple. O chipset é o coração do computador que controla e determina rapidamente o Página 5

6 tipo de processador, memória, slots que são usados. Outro chip na MotherBoard é a chamada de Super I/O Controller. Sua função principal é controlar as drives de disquetes, teclado, rato, porta série e porta paralela. Nas Motherboards mais recentes incluem suporte ao USB, placas de som, adaptadores de vídeo e adaptadores de redes. 1.6 Ventilação: Devidas as temperaturas elevadas do chipset é necessário fazer a refrigeração usando ventiladores (chamados também de coolers). Estes ventiladores montam dentro da caixa do computador. Os dissipadores de calor agem como um radiador do carro, fornecendo a área de superfície ajudando a arrefecer o componente. Os conjuntos substituíveis de ventiladores/dissipadores de calor são usados frequentemente ajudar dissipar a quantidade considerável de calor em processadores modernos O conjunto tira o calor, usando uma camada de graxa térmica entre as duas superfícies de acoplamento do metal. Os ventiladores têm frequentemente um terceiro fio para monitorizar a velocidade do ventilador. Página 6

7 2 Procesadores Introdução: O computador que nós usamos tem um processador. O processador é o coração de todo o computador, não importa se for um PC normal ou um portátil. O processador pode ser um Pentium, um K6, um PowerPC, um Sparc ou algum dos muitos outros tipos e tipos de processadores, mas todos fazem aproximadamente a mesma coisa. 2.2 A história do processador: Um processador conhecido também como um processador central ou uma unidade central do processador (CPU) é um motor completo da computação que é fabricado num único chip. O primeiro processador foi o Intel 4004, introduzido em Os 4004 não eram muito poderosos tudo que poderia fazer era só adicionar e subtrair, e poderia somente fazer 4 bits de cada vez. Mas era surpreendente que tudo estava num chip. Antes dos 4004, os engenheiros construíram computadores de colecções de microchips ou de componentes discretos. Os 4004 equipavam uma das primeiras calculadoras electrónicas portáteis. O primeiro microprocessador para que fez um computador doméstico foi a Intel 8080, um computador 8-bit completa num chip, introduzida em O primeiro microprocessador para fazer um sucesso real no mercado era a Intel 8088, introduzido em 1979 e incorporava no PC da IBM (que apareceu primeiramente a volta de 1982). Para quem estiver familiarizado com o mercado dos PC s e seu histórico sabe-se que o mercado dos PC s foi dos 8088 para os 80286, para os 80386, para os 80486, para o Pentium, para o Pentium II, para o Pentium III e para o Pentium 4. Todos estes microprocessadores são feitos pela Intel e todos são melhorias no projecto básico dos O Pentium 4 pode executar qualquer parte de código que funcione nos 8088 originais, mas fá-lo aproximadamente vezes mais rápido! Página 7

8 Nome Data Transístores Microns Velocidade Dados MIPS , MHz 8 bits , MHz 16 bits 8-bit bus , MHz 16 bits , MHz 32 bits ,200, MHz 32 bits 20 Pentium ,100, MHz Pentium II Pentium III Pentium ,500, MHz ,500, MHz ,000, GHz 32 bits 64-bit bus 32 bits 64-bit bus 32 bits 64-bit bus 32 bits 64-bit bus 100 ~300 ~510 ~1, Instruções de um Processador: A colecção de instruções é executada como os testes padrões de bits, cada um tem um significado diferente quando carregado no registo da instrução. Os seres humanos não são particularmente bons em recordar testes padrões de bits, assim que um jogo de palavras curtas é definido para representar os testes padrões de bits diferentes. Está aqui o conjunto de instruções que o programador pode criar para um processador simples: LOADA mem Carrega o registo A do endereço de memória LOADB mem Carrega o registo B do endereço de memória CONB con - Carrega uma constante no register B SAVEB mem Salva o registo B para o endereço de memória SAVEC mem - Salva register C para o endereço de memória Página 8

9 ADD Adiciona A e B e salva o resultado em C SUB Subtrai A e B e salva o resultado em C MUL Multiplica A e B e salva o resultado em C DIV Divide A e B e salva o resultado em C COM Compara A e B e salva o resultado em teste JUMP addr Salta para um endereço JEQ addr Salta, se equivalente, para um endereço JNEQ addr Salta, se não equivalente para um endereço JG addr Salta, se maior do que, para um endereço JGE addr Salta, Se maior ou igual, para um endereço JL addr - Salta, se menor que, para um endereço JLE addr - Salta, se menor ou igual, para um endereço STOP Para a execução 2.4 Performance de um Processador: O número dos transístores disponíveis tem um efeito enorme no desempenho de um processador. Uma instrução típica num processador como os 8088 faz 15 ciclos de pulso de disparo para executar. Por causa do projecto do multiplicador, fez aproximadamente 80 ciclos apenas para fazer uma multiplicação 16-bit nos Com mais transístores, uns multiplicadores muito mais poderosos capazes de velocidades do único-ciclo tornam-se possíveis. Mais transístores permitem também uma tecnologia chamada pipelining. Numa arquitectura pipelined, a execução da instrução sobrepõe. Assim mesmo que possa fazer cinco ciclos de pulso de disparo para executar cada instrução, pode haver cinco instruções em vários estágios da execução simultaneamente. Muitos processadores modernos têm os descodificadores múltiplos de instrução, cada um com seu próprio pipeline. Isto permite múltiplas instruções, que significa que mais de uma instrução pode terminar durante cada ciclo de pulso de disparo. Página 9

10 3 Memórias 3.1 Introdução: A Memória RAM (Random Acess Memory) é o que nós chamamos de memória do computador. A RAM é considerada "acesso aleatório" porque pode alcançar toda a célula de memória directamente se souber a linha e a coluna que se intercepta nessa célula. O oposto da Memória RAM é a Serial Acess Memory (SAM). A SAM armazena dados como uma série de células de memória que podem somente ser alcançadas sequencialmente (como uma cassete). Se os dados não estiverem na posição actual, cada célula de memória é verificada até que os dados precisam de estar encontrados. A SAM trabalha muito bem para o buffer de memória, onde os dados são armazenados normalmente na ordem em que serão usados. 3.2 Constituição da Memória: Similar a um processador, uma memória é um circuito integrado feito de milhões de transístores e dos capacitores. No mais comum da memória do computador, a memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM - dynamic random access memory), um transístor e um capacitor são emparelhados para criar uma célula de memória, que represente um único bit de dados. A RAM estática (SRAM) usa uma tecnologia completamente diferente. Na RAM estática, um conjunto de flip-flop s prende cada bit da memória. Um flip-flop para uma pilha de memória faz exame de quatro ou seis transístores juntos com alguma fiação, mas nunca tem que ser refrescado. Isto faz a RAM significativamente mais rápida do que a DRAM. Entretanto, porque tem mais peças, uma pilha de memória estática tem mais espaço num chip do que uma pilha de memória dinâmica. Consequentemente, terá menos memória por chip, Página 10

11 e essa RAM estática dos fica mais cara. A RAM estática é rápida e cara, e a RAM dinâmica é mais menos cara e mais lenta. 3.3 Verificação de erros na Memória: A Memória que usamos actualmente é altamente de confiança. A maioria dos sistemas tem simplesmente a verificação do controlador da memória para erros no arranque e confiam nele. Chips de memória com error-checking interno tipicamente usam um método conhecido como a paridade para verificar erros. Os chips de paridade têm um bit extra para cada 8 bits de dados. 3.4 Tipos comuns de RAM: SRAM (Static Random Access Memory): A memória de acesso aleatório estática usa transístores múltiplos, tipicamente quatro a seis, porque cada pilha de memória mas não tem um capacitor em cada pilha. É usada principalmente para a cache DRAM (Dynamic Random Access Memory): A memória de acesso aleatório dinâmica tem células de memória com um transístor e um capacitor emparelhados que requerem refrescar constantemente FPM DRAM (Fast page mode DRAM): A FPM DRAM era o original do DRAM. Ela espera com o processo inteiro de encontrar um pouco de dados pela coluna e pela linha e então de ler o bit antes que comece no bit seguinte. A taxa de transferência máxima da cache L2 é aproximadamente de 176 MBps. Página 11

12 3.4.4 EDO DRAM (Extended data-out DRAM) A EDO DRAM não espera para o processamento do primeiro bit antes de continuar ao seguinte. Assim que o endereço do primeiro bit for encontrado, o EDO DRAM começa a procurar o bit seguinte. É aproximadamente cinco por cento mais rápido do que FPM. A taxa de transferência máxima da cache L2 é aproximadamente 264 MBps SDRAM (Synchronous dynamic RAM) A SDRAM toma vantagem do conceito de melhorar extremamente o desempenho. Faz permanecendo na fila que contém o bit pedido e que movese rapidamente através das colunas, lendo cada bit. A ideia é que na maioria das vezes os dados necessitados pelo processador central estarão em ordem. SDRAM é aproximadamente cinco por cento mais rápido do que a EDO RAM e é o mais comum nos PC s de hoje. A taxa de transferência máxima da Cache L2 é aproximadamente 528 MBps DDR SDRAM (Double data rate SDRAM) A DDR SDRAM é como SDRAM a não ser que aquela seja tenha uma largura de banda mais elevada, significando uma velocidade maior. A taxa de transferência máxima da cache L2 é aproximadamente MBps (para DDR SDRAM é 133 megahertz) RDRAM (Rambus dynamic RAM) A RDRAM é uma partida radical da arquitectura precedente da DRAM. Projectado por Rambus, RDRAM usa um módulo in-line da memória de Rambus (RIMM), que seja similar no tamanho e na configuração de pino a um DIMM padrão. Que faz RDRAM assim de diferente são seu uso de uma Bus de dados elevados especiais chamada Rambus channel. Os Chips de memória da RDRAM trabalham em paralelo para conseguir uma taxa de dados de 800 megahertz, ou de MBps. Página 12

13 3.4.7 CMOS RAM A CMOS RAM é um termo para o pouco de memória usada pelo computador e por alguns outros dispositivos para lembrar coisas como ajustes do disco duro. Esta memória usa uma bateria pequena fornecê-la com energia que necessita de manter os índices da memória. Página 13

14 4 Bibliografia Consulta dos Sites: /10/ /10/ /11/03 Página 14