Laboratório de Hardware Prof. Marcel Santos Silva Um PC é composto por diversos componentes, incluindo o processador, pentes de memória, HD, placa de rede e assim por diante. No início, as placas-mãe serviam simplesmente como uma interface entre os demais componentes, uma placa de circuito sem vida própria. 2 1
Onboard Offboard Inicialmente, as placas "tudo onboard" enfrentaram preconceito, mas no final acabaram virando norma. Naturalmente, componentes offboard de boa qualidade quase sempre superam os componentes onboard em desempenho, mas eles ganham na questão do custo. 3 Capacitores Os capacitores permitem armazenar pequenas quantidades de energia, absorvendo variações na corrente e entregando um fluxo estável para os componentes ligados a ele. 4 2
BIOS O BIOS contém todo o software básico, necessário para inicializar a placa-mãe, checar os dispositivos instalados e carregar o sistema operacional, o que pode ser feito a partir do HD, CD-ROM, pendrive, ou qualquer outra mídia disponível. 5 Modelo AT A principal característica das placas Baby-AT é que, com exceção do teclado, todos os conectores são presos no gabinete e ligados à placa-mãe através de cabos flat. Elas também utilizavam, tipicamente, conectores DIN para o teclado, em vez dos conectores mini-din usados atualmente. 6 3
Conectores das fontes de alimentação (AT) 7 Modelo ATX O formato ATX trouxe um conjunto de modificações importantes. A mais visível delas é o painel traseiro, que concentra os conectores do teclado, mouse, porta serial, portas USB e também os conectores do vídeo, som e rede onboard. 8 4
Conectores das fontes de alimentação (ATX) 9 Fonte ATX As fontes ATX também trouxeram um recurso que permite o desligamento do computador por software. Soft Power Control: usado para ligar ou desligar a fonte por software. É graças a esse recurso que o sistema operacional consegue desligar o computador sem que o usuário tenha que apertar um botão para isso; Wake-on-LAN: permite ligar ou desligar a fonte por placa de rede. Power Good: tem a função de comunicar à máquina que a fonte está apresentando funcionamento correto. 10 5
Barramentos Os barramentos são utilizados para interligar os diferentes componentes da placa-mãe e também permitir o uso de placas de expansão. Assim como os demais componentes, os barramentos evoluíram de forma expressiva durante as últimas décadas, passando do ISA e das portas seriais, aos slots PCI Express e portas USB 2.0, que utilizamos atualmente. 11 Barramentos (ISA) O ISA foi o primeiro barramento de expansão utilizado em micros PC. Existiram duas versões: os slots de 8 bits, que foram utilizados pelos primeiros PCs e os slots de 16 bits, introduzidos a partir dos micros 286. O barramento ISA operava a apenas 4.77 MHz, a frequência de clock do PC original, mas logo foi introduzido o PC XT, onde tanto o processador quanto o barramento ISA operavam a 8.33 MHz. 12 6
SLOT ISA 13 Barramentos (EISA) O EISA operava a 8.33 MHz. As dimensões são as mesmas de um slot ISA de 16 bits, porém o slot é mais alto e possui duas linhas de contatos. A linha superior mantém a mesma pinagem de um slot ISA de 16 bits, de forma a manter a compatibilidade com todos os periféricos, enquanto a linha inferior inclui 90 novos contatos, utilizados pelas placas de 32 bits.14 7
SLOT EISA 15 Barramentos (VLB, ou VESA) O VLB (VESA Local Bus), outro padrão aberto de barramento de 32 bits, que conseguia ser muito mais rápido, trabalhando a uma frequência nominal de 33 MHz e oferecendo taxas de transferência teóricas de até 133 MB/s. Inicialmente o surgiu como barramento próprio para a conexão da placa de vídeo (nessa época o Windows 3.11 e os aplicativos gráficos já eram populares), mas graças à boa velocidade, acabou tornando-se o padrão também para outros periféricos. 16 8
SLOT (VLB, ou VESA) 17 Barramentos (PCI) Em 1992 foi introduzido o barramento PCI, que manteve a mesma frequência de operação, mas incorporou suporte nativo a plug-and-play e bus mastering. 18 9
O Bus Mastering é um sistema avançado de acesso direto à memória, que permite que HDs, placas de vídeo e outros periféricos leiam e gravem dados diretamente na memória RAM, deixando o processador livre. Um periférico PnP (plug-and-play) é capaz de responder ao chamado, permitindo ao BIOS reconhecer os periféricos PnP instalados. Onde a configuração de endereços IRQ é feita pelo BIOS durante o boot. Ele verifica quais endereços estão ocupados por outros dispositivos e tenta atribuir os endereços livres aos novos periféricos instalados, evitando conflitos. 19 Barramentos 20 10
Barramentos (PC Card - PCMCIA) O padrão PCMCIA surgiu em 1990 como um padrão para a expansão de memória em notebooks. Rapidamente adotado, nunca foi utilizado para esse fim. Em 1991 foi lançado o padrão 2.0, que previa a conexão de outros periféricos, como modems, placas de rede, placas de som, adaptadores de cartões e assim por diante. 21 SLOT (PC Card - PCMCIA) 22 11
Barramentos (AMR e CNR) Utilizados para separar os componentes analógicos em uma placa externa, o que ajuda a eliminar problemas de interferência e permite que eles sejam alterados ou mesmo removidos sem precisar mexer no resto da placa. Usar placas PCI ou PCI Express completas seria muito dispendioso, de forma que acabaram sendo desenvolvidos os slots AMR (Audio Modem Raiser) e CNR (Communications and Networking Riser), que são barramentos mais simples e baratos, designados especificamente para a tarefa. 23 SLOT (AMR e CNR) 24 12
Barramentos (AGP) A ideia central do AGP é ser um barramento rápido, feito sob medida para o uso das placas 3D de alto desempenho. AGP - 66 MHz - (266 MB/s). AGP 2X - 66 MHz - (266 MB/s) com DDR. AGP 4X e o 8X (respectivamente, 4 e 8 transferências por ciclo, atingindo taxas de transferência teóricas de 1066 e 2133 MB/s). 25 SLOT (AGP) 26 13
A fase ruim da história do barramento PCI foi durante a época das placas soquete 7 (processadores Pentium, Pentium MMX, K6 e 6x86). Quando o barramento PCI era o responsável por praticamente toda a comunicação entre os componentes do micro, incluindo todos os periféricos, a comunicação entre a ponte norte e ponte sul do chipset, as interfaces IDE, etc. Até mesmo o antigo barramento ISA era ligado ao PCI através do PCI-to-ISA bridge (ponte PCI-ISA), um controlador usado nos chipsets da época. 27 Barramentos 28 14
Barramentos (PCI Express) O PCI Express, ou PCIe, é um barramento serial, que conserva pouco em comum com os barramentos anteriores. Graças a isso, ele acabou se tornando o sucessor não apenas do PCI, mas também do AGP. Uma das características fundamentais do PCI Express é que ele é um barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um canal exclusivo de comunicação com o chipset. 29 Barramentos (PCI Express) 30 15
SLOT (PCI Express) 31 Pontes Controlam o tráfego de dados entre os dispositivos na placa-mãe. Norte: são tipicamente ligados um, ou dois slots 16x PCIe. Sul: são ligados os slots mais lentos, 1x e 4x. 32 16
Pontes 33 Barramentos (USB - Universal Serial Bus) - USB 1.x: 12Mb/s. - USB 2.x: 480Mb/s 60MB/s. - USB 3.x: 4,8 Gbit/s - 600 MB/s. 34 17
HUB USB Possibilidade de usar hubs USB para conectar vários dispositivos à mesma porta. Em teoria, cada porta USB permite a conexão de até 127 dispositivos. Dependendo da quantidade de dispositivos uma fonte alternativa é necessária, lembrando que a USB trabalha com pequena voltagem e corrente. 35 Barramentos (FireWare) O Firewire é um barramento serial, muito similar ao USB em vários aspectos. A versão inicial do Firewire já operava a 400 megabits (ou 50 MB/s). Atualmente o Firewire enfrenta também a concorrência do esata, a versão externa do SATA, que permite a conexão de HDs e drives ópticos externos, o que o deixa em posição pouco confortável. 36 18
Barramentos (FireWire) 37 Endereços IRQ Os endereços de IRQ são interrupções de hardware, canais que os dispositivos podem utilizar para chamar a atenção do processador. Normalmente o sistema operacional simplesmente chaveia entre os aplicativos ativos, permitindo que ele utilize o processador durante um determinado espaço de tempo, porém no caso de hardware, utiliza-se o IRQ. 38 19
Endereços IRQ O PC original, lançado em 1981. Tinha apenas 8 endereços de IRQ, numerados de 0 a 7. Isso acontecia porque ele possuía um barramento de apenas 8 bits para comunicar-se com os periféricos. Com isto, tinha apenas 8 IRQs. IRQ 0 - Sinal de clock da placa-mãe IRQ 1 - Teclado IRQ 2 - Livre IRQ 3 - COM 2 IRQ 4 - COM 1 IRQ 5 - Disco Rígido IRQ 6 - Drive de disquetes IRQ 7 - Porta paralela 39 Endereços IRQ A partir do 286, houve uma evolução nesse esquema, pois finalmente os PCs passaram a ter 16 endereços de IRQ, numerados de 0 a 15, como nos dias de hoje. 40 20
Endereços IRQ 41 Endereços IRQ Para contornar o problema com falta de endereços IRQs, foi desenvolvido o barramento PCI, incluindo o recurso de PCI Steering, que permite que dois ou mais periféricos PCI compartilhem o mesmo endereço de IRQ. (O mesmo acontece com o USB) 42 21
DMA Os canais de DMA são utilizados apenas por dispositivos de legado (placas ISA, portas paralelas e drives de disquete) para transferir dados diretamente para a memória RAM, reduzindo dessa forma a utilização do processador. Caiu em desuso com o advento do barramento PCI (seguido pelos demais barramentos modernos) que trouxe o Bus Mastering, um sistema muito mais eficiente e rápido. 43 Endereços de I/O (E/S) São endereços utilizados para a comunicação entre os dispositivos. Cada dispositivo precisa de um endereço próprio, mas, ao contrário dos endereços de IRQ, existe uma abundância de endereços de I/O disponíveis, de forma que eles raramente são um problema. No total, existem 65.536 endereços de I/O. 44 22
45 Soquetes Até o 386, os processadores eram soldados ou encaixados em soquetes de pressão. As coisas mudaram a partir do 486, que marcou a introdução dos soquetes ZIF (Zero Insertion Force), destinados a facilitar os upgrades de processador. 46 23
Soquetes Alguns processadores, no entanto, são construídos com o mesmo tipo de pinagem do que outros, permitindo que sejam compatíveis com placas-mãe originalmente projetadas para outros processadores. Por exemplo, os processadores da AMD Athlon, Athlon XP Athlon MP e Duron usam todos um mesmo padrão de pinagem, chamado soquete A. (também chamado soquete 462 por ter 462 pinos). 47 Soquetes Soquete 3: sucessor dos soquetes 1 e 2 usados nas primeiras placas para 486. A diferença fica por conta dos processadores suportados: o soquete 3 suporta todos os 486, além dos AMD 5x86, Cyrix 5x86 e Pentium Overdrive, enquanto as placas soquete 1 e 2 suportam apenas até o DX-2 66. Soquete 4 e 5: usados nas primeiras placas para processadores Pentium 1 (o soquete 4 suporta apenas os modelos de 60 e 66 MHz e o soquete 5 suporta até o 133). Foram rapidamente substituídos pelo soquete 7. 48 24
Soquetes Soquete 7: teve uma vida útil surpreendentemente longa, oferecendo suporte ao Pentium, MMX, K5, K6 e ao 6x86 da Cyrix. Mais tarde foram lançadas placas soquete 7 atualizadas com suporte K6-2. Slot 1: Usado pelo Pentium II, versão inicial do Celeron (os modelos sem cache) e pelas primeiras versões do Pentium III. Ele marcou o fim da compatibilidade de placas entre processadores da Intel e da AMD. 49 Soquetes Soquete 8: usado pelo processador Pentium Pro. Soquete 370: usado pelo processador Celeron PPGA, isto é, o modelo de Celeron projetado para ser usado em soquete (modelos mais atuais deste processador), pelo Pentium III FC- PGA e pelos processadores da VIA, Cyrix III e C3. 50 25
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Soquetes 53 Atividade 02 Realizar a pesquisa de, pelo menos, três fabricantes de placa mãe no Mercado, escolhendo um modelo por fabricante. O trabalho deve conter as características do modelo escolhido de cada fabricante. Escolher um dos modelos e identificar todos os componentes da placa. Informações Importantes. 1. Um trabalho por grupo, com apresentação em sala (10 min); 2. Enviar por e-mail até 06/09/2016 Próxima aula. 3. E-mail: marcel.silva9@fatec.sp.gov.br 54 27
Referências MORIMOTO, C. E.. Hardware, O Guia Definitivo. 3ª ed. Porto Alegre: Sul Editores, 2007. 55 28