DESCREVENDO SISTEMAS DE UM COMPUTADOR Componentes de Hardware, Software e Sistemas Operacionais Curso Superior de Redes de Computadores André Moraes
SISTEMAS DE COMPUTADOR Um sistema de computador consiste em componentes de hardware e software. Hardware é o equipamento físico, como gabinetes, unidades de armazenamento, teclados, monitores, cabos, caixas de som e impressoras. Software inclui o sistema operacional e os programas. O sistema operacional instrui o computador sobre como operar. Essas operações podem incluir a identificação, o acesso e o processamento de informações. Programas ou aplicativos executam funções diferentes. Os programas variam muito, dependendo do tipo de informação que será acessada ou gerada. 2
GABINETES O gabinete do computador fornece proteção e suporte para os componentes internos do computador. Todos os computadores precisam de uma fonte de alimentação para converter tensão AC (alternating current, corrente alternada) da tomada da parede em alimentação CC (direct current, corrente contínua). O tamanho e a forma do gabinete do computador geralmente são determinados pela placa-mãe e por outros componentes internos. Existem gabinetes grande e maiores para acomodar componentes adicionais que podem ser necessários no futuro. O utros usuários podem selecionar um gabinete menor, que exija um espaço mínimo. Em geral, o gabinete do computador deve ser durável, fácil para se fazer manutenção e ter espaço suficiente para expansão. 3
DESCREVENDO OS GABINETES Geralmente, os gabinetes são feitos de plástico, aço e alumínio e estão disponíveis em vários estilos. O tamanho e o layout de um gabinete é chamado de formato. Há muitos tipos de gabinetes, mas os formatos básicos para gabinetes de computador incluem desktop e torre. Os gabinetes gbi podem ser finos ou de tamanho normal e os gabinetes em forma de torre podem ser mini ou de tamanho normal 4
DESCREVENDO OS GABINETES Além de fornecer proteção e suporte, os gabinetes também fornecem um ambiente projetado para manter os componentes internos frios. As ventoinhas do gabinete são usadas para movimentar o ar pelo gabinete do computador. À medida que o ar passa pelos componentes quentes, ele absorve o calor e sai do gabinete. Esse processo evita que os componentes do computador se superaqueçam. 5
DESCREVENDO OS GABINETES Fatores a considerar na escolha de um gabinete: Tamanho da placa-mãe Quantidade de locais de unidades internas ou externas, mais conhecidas por Baias Espaço disponível Alguns atributos de gabinetes Tipo Tamanho Espaço Fonte de energia Aparência Exibição de status Respiradouros Na prática, o gabinete deve sempre corresponder às proporções da placa mãe que foi adquirida. 6
FONTES DE ALIMENTAÇÃO A fonte de alimentação deve fornecer energia suficiente para os componentes que estão instalados no gabinete e para possibilitar que componentes adicionais sejam instalados posteriormente. Se você optar por uma fonte de alimentação que alimente somente os componentes atuais, poderá ser necessário substituí-la quando outros componentes forem atualizados. 7
DESCREVENDO A FONTE DE ALIMENTAÇÃO A fonte de energia converte a alimentação AC (alternating current, corrente alternada) que sai de uma tomada em alimentação CC (direct current, corrente contínua), que é uma voltagem mais baixa. A alimentação CC é exigida para todos os componentes dentro do computador. Conectores A maioria dos conectores atuais são conectores polarizados. Os conectores polarizados foram projetados para serem inseridos em apenas uma posição. Cada parte do conector tem um fio colorido com voltagem diferente que passa por ele. 8
CONECTORES Cada parte de um conector tem um fio colorido com voltagem diferente que passa por ele, sendo utilizados para encaixar componentes específicos da placa-mãe. Tipos de conectores: Molex Berg Fêmea Unidades ópticas ou disco rígido Utilizado para a unidade de disquete (menor que o molex) Utilizado para conectar a placa-mãe (de 20 ou 24 pinos) Alimentação Auxiliar Fornece energia para os componentes da placa-mãe 9
UNIDADES BÁSICAS DE ELETRICIDADE Unidades básicas da eletricidade Voltagem ou tensão (V) Corrente (I) Potência (P) Resistência (R) Voltagem: Força necessária para movimentar os elêtrons em um cirtuito, medida em volts (V) Corrente Quantidade de elêtrons que passam por um circuito, medida em amperes (A) Potência Medida da pressão necessária para a movimentação de elétrons em um circuito, medida em Watts (W) É utilizada pelas fontes de computador Normalmente fontes de computador utilizam potências que vão de 200W a 500W, e de 500W a 800W. 10
IDENTIFICANDO ITENS INTERNOS Placa-mãe é a principal placa de circuito impresso e contém os barramentos ou passagens elétricas encontrados em um computador. Esses barramentos permitem que os dados percorram os vários componentes que formam um computador. A placa-mãe acomoda: a CPU (central processing unit, unidade central de processamento), a RAM, os slots de expansão, o dissipador de calor/ventoinha, o chip do BIOS, o chipset e o circuito impresso que interconecta os componentes da placa-mãe. Soquetes, conectores internos e externos e várias portas também são colocados na placa-mãe. Soquetes, conectores internos e externos e várias portas também são colocados na placamãe. 11
CHIPSET Um conjunto importante de A maioria dos chipsets é dividida componentes na placa-mãe é o em dois componentes distintos: chipset. Northbridge e Southbridge. O chipset é composto por vários A função de cada componente varia circuitos integrados conectados à placa-mãe que controlam como o de fabricante para fabricante, mas, hardware do sistema interage com a em geral: CPU e a placa-mãe. o Northbridge controla o acesso à A CPU é instalada em um slot ou RAM, à placa de vídeo e as soquete na placa-mãe. O soquete na velocidades em que a CPU pode se placa-mãe determina o tipo de CPU que pode ser instalada. O chipset de uma placa-mãe permite que a CPU se comunique e interaja com os outros os componentes es do computador O chipset estabelece a quantidade de memória que pode ser adicionada a uma placa-mãe. Ele também determina o tipo de conectores da placa-mãe. comunicar com elas. Às vezes, a placa de vídeo é integrada no Northbridge. Na maioria dos casos, o Southbridge possibilita a comunicação da CPU com os discos rígidos, a placa de som, as portas USB e as outras portas de E/S. 12
CPU CARACTERÍSTICAS A CPU (central processing unit, unidade de processamento central) é considerada o cérebro do computador. Algumas vezes é citada como o processador. A maioria dos cálculos ocorre na CPU. No que diz respeito ao cálculo de energia, a CPU é o elemento mais importante de um sistema de computador. As CPUs vêm em diferentes formatos, e cada estilo exige um slot ou soquete específico de CPU que incluem a Intel e a AMD. O soquete ou slot da CPU é o conector que estabelece interface entre a placa-mãe e o próprio processador. A maioria dos soquetes e processadores da CPU em uso no momento é construída em torno da arquitetura PGA (pin grid array, matriz ti da grade de pinos), na qual os pinos no lado de baixo do processador são inseridos no soquete. Os processadores com slot têm a forma de cartucho e se encaixam em um slot com aparência similar a de um slot de expansão. A Figura 1 lista as especificações comuns de soquetes de CPU. 13
CPU CARACTERÍSTICAS Cada modelo de processador Potência: executa um conjunto de instruções. A potência de uma CPU é medida A CPU executa o programa pela velocidade e quantidade de processando cada parte dos dados de dados que ela pode processar. acordo com a orientação do A velocidade de uma CPU é programa a e do conjunto de instruções. Enquanto a CPU está executando uma etapa do programa, as instruções restantes e os dados são armazenados próximos a uma memória especial, chamada cache. Há duas arquiteturas de CPU principais relacionadas aos conjuntos de instruções: RISC (Reduced Instruction Set Computer) usam um conjunto relativamente pequeno de instruções, projetados para executá-las rapidamente CISC (Complex Instruction Set Computer, computador com conjunto de instruções complexo) utilizam um amplo conjunto de instruções, resultando em um menor número de etapas por operação classificada em ciclos por segundo. A velocidade das CPUs atuais é medida em milhões de ciclos por segundo, chamados de megahertz (MHz), ou bilhões de ciclos por segundo, chamados de gigahertz (GHz). A quantidade de dados que uma CPU pode processar em determinado momento depende do tamanho do barramento de dados do processador. Isso também é chamado de barramento da CPU ou FSB (front side bus, barramento frontal). Quanto maior for a largura do barramento de dados do processador, mais potente o processador será. Os processadores atuais têm um barramento de dados de 32 ou 64 bits. 14
TECNOLOGIAS DE PROCESSAMENTO Overclocking Núcleos Overclocking é uma A tecnologia de técnica usada para fazer processador mais recente com que um processador resultou em fabricantes de trabalhe em uma CPU descobrindo velocidade mais rápida do maneiras de incorporar que sua especificação mais de um núcleo de original. Overclocking não é uma maneira confiável para melhorar o desempenho do computador e pode resultar em danos à CPU. CPU em um só chip. Os núcleos atuais podem se dividir em: Núcleo Único: Único chip de CPU que controla todos os recursos de processamento. Múltiplos Núcleos: Dois ou mais núcleos dentro de um chip de CPU processando informações ao mesmo tempo. 15
RESFRIAMENTO E DISSIPAÇÃO DE CALOR Componentes eletrônicos geram calor. O calor é provocado pelo fluxo de corrente dentro dos componentes. Os componentes do computador funcionam melhor quando mantidos resfriados. Se o calor não for removido, o funcionamento do computador poderá ser mais lento. Se houver grande acúmulo de calor, os componentes poderão ser danificados. O fluxo de ar interno no gabinete facilita uma maior dissipação de calor, normalmente os computadores são equipados com ventoinhas para tornar o processo de resfriamento mais eficaz. Outros componentes também são suscetíveis a danos provocados pelo calor e em alguns casos estão equipados com ventoinhas. As placas de vídeo também geram bastante calor. Ventoinhas são dedicadas a resfriar a GPU (graphicsprocessing unit, unidade de processamento de gráficos) 16
RESFRIAMENTO E DISSIPAÇÃO DE CALOR Computadores com CPUs e GPUs extremamente rápidas podem usar um sistema de resfriamento a água. Uma chapa de metal é colocada sobre o processador e a água é bombeada sobre a parte superior para coletar o calor provocado pela CPU. A água é bombeada para um radiador para ser resfriada pelo ar e, em seguida, colocada novamente em circulação. 17
MEMÓRIAS As memórias são responsáveis pelo tráfego de informações entre os dispositivos existentes e também entre a CPU e o usuário. Dentre os tipos de memórias estudadas, as que compõem o computador e o ajudam a trabalhar são: ROM (Read Only Memory) Contendo informações permanentes. RAM (Random Access Memory) Armazenando dados de forma volátil, ou seja, não permanente. A seguir serão melhor detalhados estes dois tipos. 18
MEMÓRIA ROM Os chips ROM contêm Dividem-se em: instruções que podem ser ROM diretamente acessadas pela CPU. Instruções básicas para inicializar o computador e p carregar o sistema operacional obsoleto. são armazenadas na ROM. PROM Os chips ROM retêm seu conteúdo mesmo quando o computador é desligado. fabricação EPROM Somente leitura, suas informações são escritas quando o chip é fabricado. É um item Somente leitura programável, informações escritas após sua Somente Leitura programável, apagável. Suas informações podem ser apagadas com equipamentos especiais EEPROM Somente leitura programável, apagável eletronicamente Informações escritas após sua fabricação. São chamados também de ROMs flash 19
MEMÓRIA RAM RAM (Random access memory, memória Tipos de RAM: de acesso aleatório) é o armazenamento DRAM temporário para dados e programas que estão sendo acessados pela CPU. RAM é uma memória volátil, e isso significa que o conteúdo é apagado quando o computador é desligado. Quanto mais memória RAM um computador tiver, maior será a sua capacidade para manter e processar programas e arquivos grandes, e melhor será o desempenho do sistema. SRAM Dinamic Ram, chip utilizado como memória principal. Deve ser constantemente atualizada para manter suas informações. Static Ram, muito utilizado como memória cache, não necessita ser atualizada com tanta frequência FPM Fast Page Mode, suporta paginação, foi utilizada amplamente na linha 486 EDO Extended data out Ram, sobrepõe acessos consecutivos aos dados. Acelera o tempo de recuperação de informações. SDRAM Syncronous DRAM, opera em sincronia com o barramento. DDR SDRAM Double Data Rate SDRAM, transfere dados 2x mais rápido que a SDRAM. DDR2 SDRAM Mais rápida que a DDR, reduziu o ruído e interferência. RDRAM RamBus, desenvolvida para comunicar a altas taxas de velocidade. 20
MEMÓRIA CACHE SRAM é usada como memória cache para armazenar os dados usados com mais freqüência. A SRAM fornece ao processador acesso mais rápido aos dados do que os recupera da DRAM mais lenta ou memória principal. Existem 3 tipos de memória Cache: L1 Interno e integrado a CPU L2 Externo, atualmente é integrado a CPU L3 Utilizado em estações de trabalho avançadas e servidores 21
PLACAS,, SUAS FINALIDADES E CARACTERÍSTICAS As placas aumentam a Placa de modem: funcionalidade de um computador Conecta um computador à Internet adicionando controladores para usando uma linha telefônica. dispositivos específicos ou Placa SCSI: substituindo portas com mau Conecta dispositivos SCSI, como funcionamento. discos rígidos ou unidades de fita, a Alguns tipos: um computador. Placa de rede: Placa RAID: Conecta um computador a uma rede Conecta vários discos rígidos a um usando um cabo de rede. computador para fornecer redundância e melhorar o Placa de rede sem fio: desempenho. Conecta um computador a uma rede Porta USB: usando radiofreqüências. Placa de som: Fornece recursos de áudio. Placa de vídeo: Fornece recursos gráficos. Conecta um computador a dispositivos periféricos. Porta paralela: Conecta um computador a dispositivos periféricos. Porta serial: Conecta um computador a dispositivos periféricos. 22
SLOTS DE EXPANSÃO Os computadores têm slots de EISA (Extended Industry expansão na placa-mãe para Standard Architecture): instalar placas. 32 bits, antigo e raramente O tipo de conector da placa utilizado deve corresponder ao slot de MCA (Microchannel expansão. Architecture): Uma placa riser foi usada em 3 bits, proprietário da IBM, sistemas de computador com antigo e raramente utilizado formato LPX, possibilitando que as placas fossem instaladas horizontalmente. A placa riser foi usada principalmente em slim-line line desktops (computadores compactos de mesa). Alguns dos tipos de slots de expansão: ISA (Industry Standard Architecture): 8 ou 16 bits, antigo e raramente utilizado PCI (Peripheral Component Interconnect): 32 ou 64 bits, ainda é o padrão na maioria dos computadores AGP (Advanced Graphics Port): 32 bits, projetada para adaptadores de vídeo PCI-Express: Barramento serial, compatível com slots PCI. Possui Slots X1, X4, X8 e X16. 23
SLOTS DE EXPANSÃO PCI - Express 24
25 UNIDADES DE ARMAZENAMENTO
UNIDADES DE ARMAZENAMENTO Uma unidade d de armazenamento lê ou grava informações em mídia de armazenamento óptico ou magnético. A unidade pode ser usada a para a armazenar dados permanentemente ou para recuperar informações de um disco. As unidades de armazenamento podem ser instaladas dentro do gabinete do computador, como um disco rígido. A seguir, são descritos alguns tipos comuns de unidades de armazenamento: Unidade de disquete Disco rígido Unidade óptica Unidade flash 26 Unidade de rede
UNIDADE DE DISQUETE É um dispositivo de armazenamento que usa disquetes removíveis de 3,5 polegadas. Esses disquetes magnéticos podem armazenar 720 KB ou 1,44 MB de dados. Em um computador, geralmente a unidade de disquete é configurada como unidade A:. A unidade de disquete poderá ser usada para inicializar i i o computador se ele contiver um disquete de boot. Uma unidade de disquete de 5,25 polegadas é uma tecnologia mais antiga e raramente utilizada. 27
DISCO RÍGIDO É um dispositivo de armazenamento magnético que é instalado dentro do computador. é usado como armazenamento permanente para dados. Geralmente o disco rígido é configurado como unidade C: e contém o sistema operacional e os aplicativos. é configurado como a primeira unidade na seqüência de inicialização (boot). A capacidade de armazenamento de um disco rígido é medida em bilhões de bytes, ou gigabytes (GB). A velocidade de um disco rígido é medida em revoluções por minuto (RPM). 28
UNIDADE ÓPTICA É um dispositivo iti de armazenamento que usa lasers para ler dados na mídia óptica. Existem dois tipos de unidades ópticas: CD (compact disc, disco compacto) DVD (digital versatile disc, disco versátil digital) As mídias ópticas CD e DVD podem ser pré-gravadas (somente leitura), graváveis (gravar uma vez) ou regraváveis (ler e gravar várias vezes). Os CDs têm capacidade de armazenamento de dados de aproximadamente 700 MB. Os DVDs têm capacidade de armazenamento de dados de aproximadamente 8,5 GB, em um lado do disco. Há diversos tipos de mídia óptica: CD-ROM Mídia de CD de memória somente leitura que é pré-gravada. CD-R Mídia de CD gravável que pode ser gravada uma vez. CD-RW Mídia de CD regravável que pode ser gravada, apagada e regravada. DVD+/-R Mídia de DVD gravável que pode ser gravada uma vez. DVD+/-RW Mídia de DVD regravável que pode ser gravada, apagada e regravada. 29
UNIDADE FLASH Também conhecida como thumb drive, é um dispositivo de armazenamento removível que se conecta a uma porta USB. Uma unidade flash usa um tipo de memória especial que não necessita de energia para manter os dados. Essas unidades podem ser acessadas pelo sistema operacional da mesma maneira que os outros tipos de unidades são acessados. 30
TIPOS DE INTERFACES DE UNIDADES As unidades ópticas e de discos rígidos IDE Integrated Drive Eletronics / ATA são fabricadas com interfaces diferentes (Advanced Technology Attachment) que são usadas para conectar a unidade Conector de 40 pinos, utilizada pelo ao computador. disquete e alguns disco rígidos Para instalar uma unidade de EIDE - Enhanced Integrated Drive armazenamento em um computador, a interface de conexão na unidade deve ser a mesma que da controladora na placamãe. A seguir, são descritas algumas interfaces comuns de unidades: Electronics / ATA-2 Utilizada o DMA (acesso direto a memória) Usa conector de 40 pinos Suporta discos maiores que 512Mb PATA (ATA paralela) Versão paralela da Ata SATA (Serial ATA) Versão serial da PATA Conector de 7 pinos SCSI (Small Computer System Interface) Pode controlar até 15 unidades Suporta unidades internas e externas Pode utilizar conector com 50, 68 ou 80 pinos. 31
CABOS DE COMUNICAÇÃO As unidades precisam de cabo de energia e cabo de dados. Uma fonte de energia terá um conector de energia SATA para unidades SATA, um conector de energia Molex para unidades PATA e um conector de 4 pinos Berg para unidades de disquete. Os botões e os LEDs na parte frontal do gabinete conectam- se à placa-mãe com os cabos do painel frontal. Os cabos comunicam-se com os dispositivos através de conexões apropriadas e existentes na placa-mãe. Alguns tipos: FDD (Floppy disc Drive) Conector de 34 pinos suportando até 2 conectores ATA (IDE) 40 condutores, suporta até 2 conectores para a unidade e um para a controladora PATA (EIDE) SATA 80 condutores, dois conectores para unidade e um para a controladora Até 7 condutores, um conector chaveado para a unidade e outro para a controladora Normalmente, uma faixa colorida identifica o pino 1 do cabo, permitindo visualizar a correta conexão ao dispositivo e à controladora. 32
PORTAS DE ENTRADA E SAÍDA As portas de E/S (Entrada/Saída) em um computador conectam dispositivos periféricos, como impressoras, scanners e unidades portáteis. Os seguintes cabos e portas são geralmente usados: Serial USB FireWire Paralelo l SCSI Rede PS/2 Áudio Vídeo 33