Componentes básicos de um computador

Transcrição

1 Organização e Arquitetura de Computadores Prof.: Adriano Maranhão

2 Componentes básicos de um computador Memória Processador Periféricos Barramento O processador (ou microprocessador) é responsável pelo tratamento de informações armazenadas em memória (programas em código de máquina e dos dados). A memória é responsável pela armazenagem dos programas e dos dados. Periféricos, que são os dispositivos responsáveis pelas entradas e saídas de dados do computador, ou seja, pelas interações entre o computador e o mundo externo. Exemplos de periféricos são o monitor, teclados, mouses, impressoras, etc. Barramento, que liga todos estes componentes e é uma via de comunicação de alto desempenho por onde circulam os dados tratados pelo computador

3 Cont.

4 Memória a memória principal, ou memória de trabalho, onde normalmente devem estar armazenados os programas e dados a serem manipulados pelo processador; a memória secundária que permitem armazenar uma maior quantidade de dados e instruções por um período de tempo mais longo; o disco rígido é o exemplo mais evidente de memória secundária de um computador, mas podem ser citados outros dispositivos menos recentes como as unidades de fita magnética e os cartões perfurados; a memória cache, que se constitui de uma pequena porção de memória com curto tempo de resposta, normalmente integrada aos processadores e que permite incrementar o desempenho durante a execução de um programa.

5 Processador Um microprocessador, ou simplesmente processador, é um circuito integrado (ou chip), que é considerado o "cérebro" do computador.

6 Processador Pode-se dizer que a CPU realiza as seguintes tarefas: Busca e executa as instruções existentes na memória. Os programas e os dados que ficam gravados no disco (disco rígido ou disquetes), são transferidos para a memória. Uma vez estando na memória, a CPU pode executar os programas e processar os dados. Comanda todos os outros chips do computador.

7 Processador A CPU é composta basicamente de três elementos: unidade de controle, unidade lógica e aritmética e registradores. Unidade Lógica e Aritmética (ALU) - Assume todas as tarefas relacionadas às operações lógicas (ou, e, negação, etc.) e aritméticas (adições, subtrações, etc...) a serem realizadas no contexto de uma tarefa.

8 Processador Unidade de Controle (UC) - assume toda a tarefa de controle das ações a serem realizadas pelo computador, comandando todos os demais componentes de sua arquitetura. Registradores - são utilizados para assegurar o armazenamento temporário de informações importantes para o processamento de uma dada instrução.

9 Processador

10 Exemplo de como funciona o computador: Uso de um programa que faz cálculos matemáticos Usuário digita: 10+20*2 UC recebe estes dados UC verifica que precisam ser calculados UC envia para a ULA ULA realiza o cálculo necessário ULA retorna o valor 50 para a UC UC armazena na memória UC mostra o resultado no dispositivo de saída

11 Clock Clock é um circuito oscilador que tem a função de sincronizar e ditar a medida de velocidade de transferência de dados no computador, por exemplo, entre o processador e a memória principal. Esta freqüência é medida em ciclos por segundo, ou Hertz.

12 Barramentos Um barramento, ou bus, nada mais é do que um caminho comum pelo qual os dados trafegam dentro do computador. O tamanho de um barramento é importante pois ele determina quantos dados podem ser transmitidos em uma única vez. Por exemplo, um barramento de 16 bits pode transmitir 16 bits de dado, e um barramento de 32 bits pode transmitir 32 bits de dados a cada vez.

13 Barramentos Barramentos Internos: ligam a CPU (processador) aos equipamentos que ficam dentro do gabinete. Existem diversos tipos de barramentos específicos para equipamentos diferentes: IDE ISA PCI AGP SCSI

14 Barramentos Barramento IDE Para conectar as unidades de armazenamento internas (HD, Drive de CD, Gravadores de CD, Drives de DVD, etc.) à placamãe do computador. Os equipamentos são ligados através Cabo FLAT. aos barramentos IDE

15 Barramentos Barramento ISA Comum em micros mais antigos para encaixar placas de expansão, como modems, placas de som, placas de vídeo, Está caindo em desuso por ser relativamente lento em relação às novas tecnologias.

16 Barramentos Barramento PCI PCI: substituto do barramento ISA (nas novas placas-mãe, é mais comum encontrar vários slots PCI e apenas alguns poucos ISA, quando há ISA).

17 Barramentos Barramento AGP Apenas para uso de placas de vídeo.

18 Barramentos Barramento SCSI O SCSI é muito usado em servidores de empresas, que normalmente precisam de uma maior velocidade de conexão com os Discos Rígidos, CDs, unidades de fita.

19 Barramentos Barramentos Externos Barramentos externos = portas = interface Tipos: PS/2 Serial Paralela USB Firewire PCM CIA

20 Barramentos Porta PS/2 É o barramento atualmente usado para conectar mouse e teclado. Há duas portas na parte traseira do gabinete, uma para o mouse e a outra para o teclado.

21 Barramentos Porta Serial É um barramento usado por equipamentos que transferem relativamente pouca informação, como mouses, modems, câmeras (webcam), etc.

22 Barramentos Porta Paralela Barramento relativamente antigo e está sendo cada vez menos utilizado em computadores atuais. A porta paralela usa conector DB-25.

23 Barramentos Porta USB É relativamente novo e vem sendo usado em muitos computadores atuais como substituto das portas paralela e serial.

24 Barramentos Barramento Firewire Encontrado apenas nos computadores mais novos, o barramento firewire é bastante rápido.

25 Barramentos Barramento PCM CIA (PC Card) Encontrado em modems, placas de som, placas de rede e até discos rígidos portáteis.

26 Dispositivos de Entrada/Saída

27 Placa Mãe

28 Organização Básica de Computadores Computador eletrônico digital Sistema composto por processador, memória, dispositivos de entrada e saída interligados. Org. e Arq. de Computadores 28

29 Memória Organização Básica de Computadores ARMAZENAR (ESCRITA, WRITE) RECUPERAR (LEITURA, READ) A memória de um computador quando energizada, conterá sinais elétricos, mesmo que não seja uma informação útil. Org. e Arq. de Computadores 29

30 Memória Organização Básica de Computadores Elemento a ser manipulado : bit (armazena a informação na forma de bits) Unidade de informação a ser armazenada, recuperada ou transferida (célula) - Grupo de n bits (n = 8) 1Byte ENDEREÇO: é o código de identificação da localização das células (informações). Operações: ESCRITA: transferência de informações de outro componente do sistema de computação para a memória (CPU memória) LEITURA: transferência de bits da memória para a CPU, disco. Org. e Arq. de Computadores 30

31 Organização Básica de Computadores Em um sistema de computação não é possível construir e utilizar apenas um tipo de memória. Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a transferência de informações seja a mais rápida possível. Memória de um computador subsistema - construída de vários componentes (vários tipos diferentes de memória) interligados e integrados, com o objetivo de armazenar e recuperar informações. Org. e Arq. de Computadores 31

32 Organização Básica de Computadores Necessidade de construção de vários tipos de memória: Velocidade das UCP ( > tempo de acesso da memória) Capacidade de armazenamento. Hierarquia de Memória Org. e Arq. de Computadores 32

33 Organização Básica de Computadores Custo alto Velocidade alta Baixa capacidade Hierarquia de Memória Registradores Memória Cache Custo baixo Velocidade baixa Capacidade elevada Org. e Arq. de Computadores Discos CD-ROM Memória Principal Memória Secundária 33

34 Hierarquia de Memória Conceitos Importantes Tempo de acesso Capacidade Volatilidade Tecnologia de fabricação Temporariedade Custo Organização Básica de Computadores Org. e Arq. de Computadores 34

35 Organização Básica de Computadores Tempo de acesso Indica quanto tempo a memória gasta para colocar uma informação no barramento de dados após uma determinada posição ter sido endereçada. É um dos parâmetros que pode medir o desempenho da memória. Denominação: tempo de acesso para leitura (ou tempo de leitura). Org. e Arq. de Computadores 35

36 Organização Básica de Computadores Tempo de acesso Dependente do modo como o sistema de memória é construído e da velocidade dos seus circuitos. Memórias eletrônicas - igual, independentemente da distância física entre o local de um acesso e o local do próximo acesso - acesso aleatório (direto). Dispositivos eletromecânicos (discos, fitas,..) - tempo de acesso varia conforme a distância física entre dois acessos consecutivos - acesso seqüencial. Org. e Arq. de Computadores 36

37 Organização Básica de Computadores Capacidade Quantidade de informação que pode ser armazenada em uma memória; Unidade de medida mais comum - byte, podem ser usadas outras unidades como células (no caso de memória principal ou cache), setores (no caso de discos) e bits (no caso de registradores). Dependendo do tamanho da memória, isto é, de sua capacidade, indica-se o valor numérico total de elementos de forma simplificada, através da inclusão de K (kilo), M (mega), G (giga) ou T (tera). Org. e Arq. de Computadores 37

38 Organização Básica de Computadores Volatilidade Memórias podem ser do tipo volátil ou não volátil. Memória não volátil - retém a informação armazenada quando a energia elétrica é desligada. Ex.: Discos, Fitas. Memória volátil - perde a informação armazenada na ausência de energia elétrica. Ex.: Registradores, Memória Principal. É possível manter a energia em uma memória originalmente não volátil - uso de baterias. Org. e Arq. de Computadores 38

39 Organização Básica de Computadores Tecnologias de fabricação Memórias de semicondutores Memórias de meio magnético Memórias de meio óptico Org. e Arq. de Computadores 39

40 Memórias de semicondutores Organização Básica de Computadores Dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores. Rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos. Há várias tecnologias específicas, cada uma com suas vantagens, desvantagens, velocidade, custo, etc.. Exemplos: Registradores, Memória Principal e Memória Cache. Org. e Arq. de Computadores 40

41 Organização Básica de Computadores Classificação de Memórias Semicondutoras SRAM RAM L/E - Leitura/Escrita (R/W - Read/Write) ROM (Somente Leitura) (Read Only Memory) DRAM ROM PROM EPROM EEPROM FPM DRAM EDO DRAM BEDO RAM SDRAM RDRAM Org. e Arq. de Computadores 41

42 Memória R/W - Read and Write Organização Básica de Computadores Memória de leitura e escrita, de acesso aleatório e volátil. Pode ser estática (SRAM SRAM) ou dinâmica (DRAM DRAM). SRAM - uso de circuitos transistorizados (flip-flops) mantém a informação enquanto estiver energizada, muito rápidas (~ns), usadas tipicamente como memórias cache. DRAM - uso de capacitores (1 transistor e 1 capacitor por bit, não usa flip-flops), necessita de refresh, alta capacidade de armazenamento (> densidade), mais lentas, usadas tipicamente como memória principal. Evolução: FPM DRAM (Fast Page Mode) assíncrona e mais antiga, EDO DRAM (Extended Data Output), também assíncrona, SDRAM (memórias Síncronas), etc. Org. e Arq. de Computadores 42

43 Memória R/W - Read and Write Organização Básica de Computadores DDR ou SDRAM-II (Double Data Rate SDRAM) É uma memória SDRAM muito mais avançada e que consegue trabalhar com o dobro do desempenho. Pode-se encontrá-la, por exemplo, em placas-mãe equipadas com o processador AMD K7. RDRAM (Rambus DRAM) Baseada em protocolo, isto é, usa padrão de barramento proprietário. A arquitetura interna dos circuitos, é muito diferente das demais pois, permite a leitura e escrita de até 16 dados simultaneamente por circuito. Utilizadas, principalmente, em algumas máquinas de jogos e em aplicações gráficas muito intensivas. Org. e Arq. de Computadores 43

44 Organização Básica de Computadores ROM - Read Only Memory Memória apenas de leitura. Uma vez gravada não pode mais ser alterada. De acesso aleatório, não é volátil. Mais lenta que a R/W e mais barata. Pode ser programada por máscara ("mask programmed - MROM) em fábrica. Devido ao alto custo da máscara somente se torna econômica em grandes quantidades. MROM- O firmware era gravado durante a fabricação do circuito, com o auxílio de um filme fotográfico - máscara. As máscaras apresentam o inconveniente de serem caras e não permitem regravação. Org. e Arq. de Computadores 44

45 Organização Básica de Computadores ROM - Read Only Memory Utilizada geralmente para gravar programas que não se deseja permitir que o usuário possa alterar ou apagar (Ex.: o BIOS - Basic Input Output System e Microprogramas de Memórias de Controle). Outros tipos: PROM, EPROM, EEPROM e Flash. Org. e Arq. de Computadores 45

46 Organização Básica de Computadores PROM - Programmable Read Only Memory Memória apenas de leitura, programável. ROM programável com máquinas adequadas (chamadas queimadores de PROM). Geralmente é comprada "virgem" (sem nada gravado), sendo muito utilizada no processo de testar programas no lugar da ROM, ou sempre que se queira produzir ROM em quantidades pequenas. Uma vez programada (em fábrica ou não), não pode mais ser alterada. Org. e Arq. de Computadores 46

47 Organização Básica de Computadores EPROM - Erasable Programmable Read Only Memory Memória apenas de leitura, programável (com queimadores de PROM) e apagável (com máquinas adequadas, à base de raios ultra-violeta). Tem utilização semelhante à da PROM, para testar programas no lugar da ROM, ou sempre que se queira produzir ROM em quantidades pequenas, com a vantagem de poder ser apagada e reutilizada. Org. e Arq. de Computadores 47