Capítulo 3: Noções de Hardware. Prof.: Roberto Franciscatto

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1 Capítulo 3: Noções de Hardware Prof.: Roberto Franciscatto

2 HARDWARE COMPONENTES BÁSICOS Qualquer PC é composto pelos mesmos componentes básicos: Processador, memória, HD, placa-mãe, placa de vídeo e monitor Aplica-se também a outros dispositivos como palmtops e celulares Utilizam memória flash no lugar do HD Computadores se tornaram mais baratos com a chega das placas-mãe on-board

3 PROCESSADORES É o cérebro do micro, encarregado de processar a maior parte das informações Processadores mais competitivos: Intel e AMD O Processador é o componente mais complexo e frequentemente o mais caro

4 EXECUÇÃO DAS INSTRUÇÕES A UCP tem duas seções: Unidade de Controle Unidade Lógica e Aritmética Um programa se caracteriza por: uma série de instruções que o computador deve executar as instruções, bem como os dados necessários são encaminhados a memória principal

5 EXECUÇÃO DAS INSTRUÇÕES Para a seção de controle são trazidas uma a uma essas instruções. Em seguida a análise de cada instrução, se for o caso de utilização de dados, estes são buscados também na memória. E a instrução é processada na seção lógica e aritmética O resultado da instrução se é dado, volta à memória ou é encaminhado a um dispositivo de saída

6 EXECUÇÃO DAS INSTRUÇÕES Instrução Comece a aceitar entrada a partir da unidade de fitas nº 2 Se X é maior que Y, vá para o passo 46 do programa Multiplique A por B e armazene o resultado em C Local de Execução Seção de controle Seção aritmética e lógica (instrução lógica) Seção aritmética e lógica (instrução lógica)

7 Funções da memória principal e da UCP Entrada U C P Seção Aritmética e Lógica Recebe os dados da memória para processálos quando uma instrução aritmética ou lógica é executada Seção de Controle Determina a execução e interpretação das instruções e controla o fluxo de dados Saída Memória Principal Usada para armazenar as instruções e os dados que estão sendo processados. Memória Auxiliar

8 Registradores Registradores são dispositivos que servem como endereços para os operadores presentes em cada operação, além de outros propósitos especiais. Exemplo: R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 1 - Transferir o conteúdo do registrador nº 3 para o registrador nº Adicionar o conteúdo do registrador nº 4 ao conteúdo do registrador nº 1, armazenando o resultado no registrador nº Subtrair o conteúdo do registrador nº 1 do conteúdo do registrador nº 6, armazenando o resultado no registrador nº 6.

9 Registradores Antes R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 Depois R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 1 - Transferir o conteúdo do registrador nº 3 para o registrador nº Adicionar o conteúdo do registrador nº 4 ao conteúdo do registrador nº 1, armazenando o resultado no registrador nº Subtrair o conteúdo do registrador nº 1 do conteúdo do registrador nº 6, armazenando o resultado no registrador nº 6.

10 CLOCK CLOCK Clock é um circuito oscilador que tem a função de: sincronizar e ditar a medida de velocidade de transferência de dados entre duas partes essenciais de um processamento Clock = medida de frequencia com que as operações são realizadas (ciclos por segundo)

11 CLOCK CLOCK Existe portanto duas questões importantes: Existe a frequencia própria de um microprocessador (operações internas a ele) Frequencia do computador a ele associado (basicamente ciclos CPU memória RAM)

12 CLOCK CLOCK O Clock é expresso em termos de frequencia, isto é, ciclos na unidade de tempo. A unidade básica de frequência é o Hertz sendo que 1Hz equivale a um ciclo (pulso) por segundo. Os fabricantes costumam apresentar seus equipamentos, destacando a velocidade do seu clock, na verdade o clock do seu processador.

13 CLOCK CLOCK Vale considerar que a velocidade exposta na venda de produtos (ex. Processador com 2.6 GHz) equivale a frequencias atingidas no interior do chip. Dizem, portanto, respeito ao processamento interno do processador e não a frequência (clock) na relação CPU memória do computador

14 Informação Extra Processadores Core i3, i5 e i7 Core i3 Traz dois núcleos de processamento Hyper-Threading (realização de mais tarefas) Memória cache 4MB L3 Suporte a RAM DDR3 de até 1333 MHz Substitui o Core2Duo Dois modelos (i3-530 e i3-540) Valor inicial R$ 315.

15 Informação Extra Processadores Core i3, i5 e i7 Core i5 Está no nível intermediário Possuem 8MB de memória cache L3 Turbo Boost Aumentar a velocidade do processador automaticamente trabalha 100% do tempo verificando frequência, voltagem e temperatura do processador Melhor desempenho

16 Informação Extra

17 Informação Extra Processadores Core i3, i5 e i7 Core i7 Para níveis elevados de aplicações Todos os modelos desta categoria possuem 4 núcleos de processamento Memória cache L3 de 8MB Turbo boost Hyper-Threading Preço (inicial R$ 740,00 à R$ 1650,00)

18 PROCESSADORES Fatores a serem considerados: Quantidade de núcleos, velocidade deles e quantidade de memória cache Esses três elementos são a base para o poder de processamento Resumidamente, um bom processador... Deve ser rápido Ter vários núcleos para dividir as tarefas Boa quantidade de memória cache, para manter mais dados processados

19 MEMÓRIA A memória RAM, é usada pelo processador para armazenar os arquivos e programas que estão sendo executados, como uma espécie de mesa de trabalho A quantidade de memória RAM disponível tem um grande efeito sobre o desempenho já que sem memória RAM suficiente o sistema passa a usar memória swap, que é muito mais lenta. A memória RAM é volátil Os chips de memória são vendidos na forma de pentes de memória

20 MEMÓRIA Existem vários pentes de várias capacidades Algo a considerar ao incluir mais memória RAM no computador é velocidade em que ela trabalha Os pentes de memória são muito mais baratos que o processador Transistor e capacitores

21 SOBRE A MEMÓRIA RAM Ao carregar um programa... ele é lido no HD (ou outra mídia de armazenamento) é transferido para a memória RAM para só então ser executado pelo processador

22 SOBRE A MEMÓRIA RAM A memória RAM oferece... tempos de acesso brutalmente mais baixos que o HD e trabalha com taxas de transferência muito mais altas

23 SOBRE A MEMÓRIA RAM A única forma de evitar repetir o demorado processo de boot é: manter a memória RAM ativa, ou salvar seu conteúdo no HD, recuperando-o no próximo boot. Essas são as estratégias usadas pelas opções de suspender e hibernar, disponíveis tanto no Windows quanto em várias distribuições Linux.

24 SOBRE A MEMÓRIA RAM Ao hibernar, o conteúdo da memória RAM é copiado para uma área reservada do HD e o micro é desligado. Ao ligar novamente, o conteúdo da memória é restaurado e temos o sistema de volta, sem precisar passar pelo processo normal de boot. O problema da hibernação é que a restauração demora muito mais tempo, já que é necessário ler 512 MB, 1 GB ou mesmo 4 GB de dados (equivalentes à quantidade de memória RAM instalada) a partir do HD, o que muitas vezes demora mais do que um boot completo.

25 SOBRE A MEMÓRIA RAM Na maioria das situações... ter uma quantidade suficiente de memória RAM instalada é mais importante que o desempenho do processador, pois sem memória RAM suficiente o sistema passa a utilizar memória swap, que é absurdamente mais lenta.

26 SOBRE A MEMÓRIA RAM Enquanto uma sequência de... 4 leituras em um módulo de memória DDR2-800 demora cerca de 35 bilionésimos de segundo... um acesso a um setor qualquer do HD demora pelo menos 10 milésimos. A taxa de transferência nominal do mesmo módulo de memória é de 6.4 GB/s, enquanto mesmo um HD rápido, de 7200 RPM tem dificuldades para superar a marca de 60 MB/s, mesmo lendo setores seqüenciais.

27 SOBRE A MEMÓRIA RAM Ou seja, a memória RAM possui nesse caso um tempo de acesso quase vezes menor e uma taxa de transferência contínua mais de 100 vezes maior que o HD. Se lembrarmos que a memória RAM já é muito mais lenta que o processador (justamente por isso temos os caches L1 e L2), fica fácil perceber o quanto o uso de memória swap por falta de memória RAM física pode prejudicar o desempenho do sistema.

28 PROGRAMAS EM MEMÓRIA ROM Programas em memória ROM: BIOS Gerencia entradas e saídas Transfere o SO Verifica o hardware POST Testa a ligação Verifica a memória RAM SETUP Configura o equipamento

29 HD Dispositivo de armazenamento secundário Diferentes tamanhos Diferentes tipos Os dados apagados na formatação lógica, na verdade podem ser recuperados (ao menos alguns :) Tamanho fabricado é diferente do tamanho ofertado O que muda com relação ao tipo do HD?

30 HD Disco Rígido, cujo nome em inglês é Hard Disk (HD) Fisicamente, os HDs são constituídos por discos. Estes são divididos em trilhas e estas são formadas por setores. A velocidade de acesso às informações dos discos dependem da velocidade em que estes giram. Os padrões mais comuns são: de rpm (rotações por minuto), rpm e rpm.

31 HD Para serem usados pelo computador, os HDs precisam de uma interface de controle. As existentes são: IDE (Intergrated Drive Electronics) SCSI (Small Computer System Interface) e SATA (Serial ATA).

32 HD

33 HD Pratos e Motor Os pratos são os discos onde os dados são armazenados. Eles são feitos de alumínio (ou de um tipo de cristal) recoberto por um material magnético e por uma camada de material protetor. HDs com grande capacidade contam com mais de um prato, um sobre o outro. Eles ficam posicionados sob um motor responsável por fazê-los girar.

34 HD Cabeça e Braço Os HDs contam com um dispositivo muito pequeno chamado cabeça (ou cabeçote) de leitura e gravação. Trata-se de um item de tamanho reduzido que contém uma bobina que utiliza impulsos magnéticos para manipular as moléculas da superfície do disco, e assim gravar dados. Esse item é localizado na ponta de um dispositivo denominado braço, que tem a função de posicionar os cabeçotes sob a superfície dos pratos.

35 HD Atuador O atuador é o responsável por mover o braço sob a superfície dos pratos, e assim permitir que as cabeças façam o seu trabalho. Para que a movimentação ocorra, o atuador contém em seu interior uma bobina que é "induzida" por imãs.

36 HD Gravação e Leitura dos Dados As trilhas são círculos que começam no centro do disco e vão até a sua borda, como se estivesse um dentro do outro. Essas trilhas são numeradas da borda para o centro. Cada trilha é dividida em trechos regulares chamados de setor. Cada setor possui uma determinada capacidade de armazenamento.

37 ARMAZENAMENTO EXTERNO Antigamente: HD s em gavetas Gavetas USB onde o HD externo é visto pelo sistema da mesma forma que um pendrive

38 SSD s HDD s Popularização dos pen drives e cartões, possibilitou: SSD s de grande capacidade Um SSD é um "HD" que utiliza chips de memória Flash no lugar de discos magnéticos. Eles são projetados para substituírem diretamente o HD, sendo conectados a uma porta SATA ou IDE.

39 SSD s HDD s Embora as taxas de transferência (na maioria dos modelos) seja comparável à de um HD modesto, os SSDs oferecem tempos de acesso extremamente baixos o que melhora o desempenho consideravelmente em uma grande gama de aplicativos reduz bastante o tempo de boot

40 SSD s HDD s Os SSDs oferecem também a vantagem de: consumirem muito menos eletricidade serem mais resistentes mecanicamente (por não possuírem partes móveis) além de serem completamente silenciosos Desvantagem: Custo elevado

41 SSD

42 HDD s Também chamados de HD s hibridos São HDs tradicionais, que incorporam chips de memória Flash, usados como um buffer de dados. Todos os HDs atuais incluem uma pequena quantidade de memória SDRAM (ou SRAM), usada como cache de disco. O cache é bastante rápido, mas é limitado por dois fatores: é muito pequeno (16 MB na maioria dos HDs atuais) e perde os dados armazenados quando o micro é desligado.

43 HDD s Além dos ganhos de desempenho, sobretudo a potencial redução no tempo de boot o buffer permite que o HD fique mais tempo em modo de economia de energia, já que não é preciso "acordar" o HD ao: salvar arquivos ou quando o sistema precisa atualizar arquivos de log, por exemplo, operações que podem ser realizadas no buffer. isso acaba tornando a tecnologia bastante interessante para os notebooks, onde o HD chega a representar um quarto do consumo elétrico total.

44 PLACA-MÃE Interliga todos os dispositivos do equipamento Para isso, a placa-mãe (ou, em inglês, motherboard) possui vários tipos de conectores. O processador é instalado em seu socket O HD é ligado nas portas IDE ou SATA A placa de vídeo pode ser conectada nos slots AGP 8x ou PCI-Express 16x

45 PLACA-MÃE Outras placas (placa de som, placa de rede, etc) podem ser encaixadas nos slots PCI ou, mais recentemente, em entradas PCI Express Ainda há o conector da fonte, os encaixes das memórias, entre outros.

46 PLACA-MÃE Placa-Mãe

47 PLACA-MÃE Em A ficam os conectores para o mouse, para o teclado, para o áudio, etc. Em B, o slot onde o processador deve ser encaixado. Em C ficam os slots onde os pentes de memória são inseridos. D mostra um conector IDE. Em E é possível ser os conectores SATA. Por fim, F mostra os slots de expansão, com destaque para o slot PCI Express 16x (azul) para o encaixe da placa de vídeo.

48 PLACA-MÃE Outro exemplo... Componentes Placa-Mãe

49 PLACA-MÃE Item A Processador Conforme o processador é a placa-mãe Item B - Memória RAM No caso acima, tipo DDR Item C Slots de Expansão Os mais comuns são: PCI (C1), AGP (C2), CNR (C3), PCI-E

50 PLACA-MÃE Item D Plug de Alimentação Placa-mãe e fonte de alimentação devem ser do mesmo tipo Placa-mãe sozinha consegue alimentar: processador, memórias, maioria dos dispositivos encaixados nos slots pórem HD s, unidades de CD e DVD, cooler, devem receber conectores individuais de energia

51 PLACA-MÃE Item E Conectores IDE e Drives Item F BIOS e Bateria Item G Conectores de teclado, mouse, USB, impressora, etc Item H Furos de encaixe Item I Chipset O chipset é um chip responsável pelo controle de uma série de itens da placa-mãe, como acesso à memória, barramentos e outros.

52 BARRAMENTO Em outras palavras... barramentos são padrões de comunicação utilizados em computadores para a interconexão dos mais variados dispositivos.

53 BARRAMENTO O barramento é uma via de tráfego interna, através da qual os sistemas transitam entre os diversos componentes do computador. Também é chamado bus. Os microcomputadores tem três tipos de barramentos: o barramento de dados e o barramento de endereços ligam a CPU com memória o barramento de expansão liga CPU e memória com o mundo exterior

54 BARRAMENTO Chama-se slot um soquete projetado para receber placas de expansão e conectá-las ao barramento de expansão do sistema. Principais barramentos dos PC s: ISA AGP PCI PCI Express AMR

55 BARRAMENTO ISA É um padrão não mais utilizado, sendo encontrado apenas em computadores antigos. Slots e placas grandes (conforme figura abaixo)

56 BARRAMENTO PCI Surgiu no início de 1990 pelas mãos da Intel Principais características: Transferência de dados a 32 bits Clock de 33Mhz Transmissão de dados de até 132 MB por segundo Recurso BUS Mastering Ler e Gravar dados direto na memória RAM Recurso Plug and Play

57 BARRAMENTO PCI

58 BARRAMENTO PCI EXPRESS Substitui os barramentos PCI e AGP Está disponível em vários segmentos: 1x, 2x, 4x, 8x, 16x... Quanto maior este número maior a taxa de transferência

59 BARRAMENTO PCI -E Slots PCI Express 16x (branco) e 1x (preto)

60 BARRAMENTO O PCI Express 16x, por exemplo, é capaz de trabalhar com taxa de transferência de cerca de 4 GB por segundo utilizado por placas de vídeo O PCI Express 1x, mesmo sendo o mais "fraco", é capaz de alcançar uma taxa de transferência de cerca de 250 MB por segundo, um valor suficiente para boa parte dos dispositivos mais simples.

61 BARRAMENTO AGP Padrão AGP criado em 1996, serve exclusivamente a placas de vídeo. A primeira versão do AGP (chamada de AGP 1.0) trabalha a 32 bits e tem clock de 66 MHz, o que equivale a uma taxa de transferência de dados de até 266 MB por segundo, mas na verdade, pode chegar ao valor de 532 MB por segundo.

62 BARRAMENTO AGP

63 BARRAMENTO Barramentos AMR, CNR e ACR Os padrões AMR (Audio Modem Riser), CNR (Communications and Network Riser) ACR (Advanced Communications Riser) são diferentes entre si, mas compartilham da idéia de permitir a conexão à placa-mãe de dispositivos cujo controle é feito pelo processador do computador.

64 BARRAMENTO Barramentos AMR, CNR e ACR

65 PLACA DE VÍDEO Cabe à placa de vídeo gerar tudo o que vai aparecer no monitor: Imagens de jogos e de aplicações, efeitos, etc. É possível encontrar no mercado placas-mãe que possuem placas de vídeo onboard, isto é, o vídeo já vem integrado junto à placa-mãe.

66 PLACA DE VÍDEO Placas on-board afetam o desempenho do computador, já que o processador passa a fazer o trabalho que é executado pelo chip gráfico em placas normais. As placas de vídeo antigas usavam o slots PCI e AGP. Hoje, o padrão é a tecnologia PCI Express (PCI-E).

67 PLACA DE VÍDEO

68 FONTE DE ALIMENTAÇÃO Transforma corrente alternada em contínua Uso de multímetro Cuidar sempre a tensão de Saída Fonte de menor alimentação pode trazer alguns transtornos para seu computador e consequentemente para o utilizador Alguns programas podem ajudar Linux (Ksensors)

69 FONTE DE ALIMENTAÇÃO

70 COOLER Dissipam o calor gerado pelos componentes eletrônicos Fundamentais para manter a temperatura estável de diversos componentes O mau funcionamento pode: Queimar equipamentos como o processador Tipos de cooler Water cooler Dissipador de calor Pasta Térmica

71 GABINETE Caixa metálica vertical ou horizontal, que guarda todos os componentes do computador. No gabinete fica localizada a fonte de alimentação, que serve para converter corrente alternada em corrente contínua para alimentar os componentes do computador Assim, placa-mãe, os drives, o HD e o cooler devem ser ligados a fonte.

72 GABINETE As placas conectadas nos slots da placa-mãe recebem energia por ela, de modo que dificilmente precisam de um alimentador exclusivo. Gabinetes, fontes e placas-mãe precisam ser de um mesmo padrão, do contrário, acaba sendo praticamente impossível conectá-los.

73 IMPRESSORAS Diversos tipos e modelos Impressora Matricial Mecanismo de agulhas Utilizada na impressão de folhas de pagamento, lojas, transportadoras, etc. Utiliza como refil uma fita Vantagem: custo da impressão Desvantagem: preço inicial/velocidade de impressão

74 IMPRESSORAS Impressora Jato de Tinta Impressão é feita por centenas de gotas de tintas Liberadas por minúsculas aberturas nos cartuchos Esquema de cores CMYK Ciano, Magenta, Yellow, Black

75 IMPRESSORAS Impressora a Laser Utilizam toner na impressão Coloridas ou preto Vantagens: Boa qualidade Rapidez na impressão Baixo custo Pouco barulho

76 IMPRESSORAS

77 IMPRESSORAS Outros tipos de impressoras Impressoras de cera térmica Plotters

78 ESQUEMA BÁSICO DO HARDWARE Sistema Central Periféricos CPU Memória

79 PERIFÉRICOS Comunicação entre o computador e o mundo exterior: Unidades de Entrada

80 PERIFÉRICOS Comunicação entre o computador e o mundo exterior: Unidades de Saída

81 DISPOSITIVOS DE ENTRADA Convertem sinais em dados utilizáveis pelo computador: Teclado Mesa Digitalizadora Tela sensível ao toque Caneta Luminosa Joystick Mouse

82 DISPOSITIVOS DE SAÍDA Dispositivos de saída convertem sinais digitais armazenados internamente para formas úteis externamente; A informação pode sair do sistema em diferentes formas básicas e suas combinações: Texto Imagem Som Sinais Digitais ou Analógicos

83 DISPOSITIVOS DE ENTRADA Existe atualmente no mercado uma grande diversidade de dispositivos de entrada, exemplo: Teclado Caneta Luminosa Identificação de elementos da tela Mouse Joystick Scanner Mesa / Mão Tridimensional OCR - Mesa Digitalizadora - Luva eletrônica - Leitora de código de barras - Câmeras Digitais

84 DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA Os mais variados tipos de dispositivos de saída: Monitores Projetores Digitais Plotters Impressoras Matriciais Jato de Tinta Laser Monitores de Toque (Touchscreen)

85 SOFTWARES PARA HARDWARE Identificação de componente Recuperação Manutenção Análise

86 Discussão DISCUSSÃO DO CONTEÚDO - HARDWARE 1. Quais itens de hardware devem ser avaliados ao comprar um computador? bits x 64 bits qual a arquitetura mais rápida? 3. Na sua opinião é possível arquiteturas de hardware voltados a mobilidade, com poder de processamento?

87 Dúvidas, sugestões ou questionamentos???