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SDAC 12º - M9 TGEI
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  • 1. LUIS FERREIRA (WEBMASTER@LANAPT.COM)
  • 2. TÉCNICO DE GESTÃO DEEQUIPAMENTOS INFORMÁTICOS
  • 3. INTRODUÇÃO MÓDULO 9 - Arquitetura de Computadores Duração de Referência: 22 horas ( 26,4 aulas de 50 minutos)1. Apresentação Neste módulo, é efetuada uma abordagem à forma de organização e funcionamento das arquiteturas de computadores, ao nível da realização e operação interna dos componentes do computador, para o processamento, armazenamento em memória e ações de entrada e saída da informação. Deverão ser adquiridos conhecimentos teóricos e práticos, estes últimos através da realização de trabalhos laboratoriais sobre a arquitetura de computadores, baseados nos processadores de um PC.
  • 4. OBJETIVOS DE APRENDIZAGEMIdentificar as principais famílias lógicas.Conhecer as principais tipos de memória e suas células básicas.Avaliar a arquitetura interna de um sistema de um PC.Conhecer os diversos tipos de barramentos existentes num PC.Conhecer a organização e gestão de memória Principal num PC.
  • 5. ÂMBITO DOS CONTEÚDOS1. Principais tipos de memória e identificação das suas células básicas constituintes.2. Introdução histórica aos computadores desde os ábacos e calculadores mecânicos até aos nossos dias. Identificar as principais tendências atuais nomeadamente a nível de comprimento de instruções, estrutura de execução, etc.3. Descrição histórica da evolução do computador PC compatível, salientando as várias evoluções fundamentais desde a placa original até às placas atuais. Identificar quais as principais unidades constituintes e principais evoluções.4. Introdução ao conceito de barramento (bus). Descrição e caracterização dos principais tipos de barramentos usados nos PCs.
  • 6. ÂMBITO DOS CONTEÚDOS5. Vários tipos de memória usada num PC (DRAM,SRAM para as caches, VRAM e WRAM para as memórias de vídeo, EEPROMs, etc.).6. Organização dos bancos de memória de "cache" num PC e comunicação com o PC.7. Organização dos bancos de memória de DRAM num PC.8. Evolução histórica da interface vídeo num PC compatível.9. Interface com o disco rígido e periféricos.
  • 7. BIBLIOGRAFIA / RECURSOSGOUVEIA, José; MAGALHÃES, Alberto, Curso Técnico de Hardware. Lisboa: FCA, 2002.RODRIGUES, Pimenta; ARAÚJO, Mário, Projeto de Sistemas Digitais, 2ª ed.. Lisboa: Editorial Presença, sd.SAMPAIO, A., Hardware para profissionais. Lisboa: FCA, sd.SAMPAIO, A., Microcomputadores: Circuitos Internos e Programação. Queluz: Edições EPGE, 1993Recursos:Laboratório de eletrónica (hardware)Laboratório de informática (software)BibliotecaRetro/Vídeo Projetor
  • 8. CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO
  • 9. Aulas módulo 9 03-01-2013* – Início da Ficha de Trabalho 2 07-01-2013 *– Entrega/Apresentação da Ficha de Trabalho 2 10-01-2013* - Início da Ficha de trabalho 1 14-01-2013 – Entrega/Apresentação da Ficha de Trabalho1 e Realização do Teste de Avaliação (Fim do Módulo) *Lecionação da matéria curricular e apoio aos trabalhos
  • 10. AULA 55-77 Conceitos Introdutórios  Máquina Multinível  Evolução dos Equipamentos  Padrão de Von Neumann  Evolução dos processadores Evolução dos Processadores Evolução das placas mãe (motherboards) Fontes de AlimentaçãoExercício prático – Evolução dos Computadores (Ficha de Trabalho 1)
  • 11. AULA 78-80SumárioMódulo 9 – Arquitetura dos microprocessadoresRevisão da matéria dada no módulo 9.Início da realização da Ficha de trabalho 2 sobre as famílias lógicas dos microprocessadores.
  • 12. INTRODUÇÃO ÀS ARQUITETURASPorquê desenvolver as máquinas dividindo-as em níveis ou camadas? Para aproximar o utilizador do sistema informático Quanto mais camadas tiver uma arquitetura, mais próxima da linguagem do utilizador estará a linguagem de alto nível deste computador.
  • 13. Nível 0 – Lógica digital Trabalho desenvolvido por:  Engenheiros Eletrónicos e  computação  O que se faz:  São determinados os componentes eletrónicos dos circuitos que vão compor as portas lógicas e demais circuitos digitais.
  • 14. EVOLUÇÃO DA INFORMÁTICAPrecursores da InformáticaGeração 0 - Computadores MecânicosGeração 1 - Computadores a VálvulasGeração 2 - Computadores TransístoresGeração 3 - Circuitos Integrados
  • 15. EVOLUÇÃO DOS EQUIPAMENTOSÁbacoPascalina
  • 16. EVOLUÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
  • 17. EVOLUÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
  • 18. PASCALINEBlaise Pascal inventou, em 1642, a primeira calculadora mecânica para adições. Foio primeiro aparelho mecânico dotado da capacidade de processar dados.A Pascaline era uma caixa com rodas e engrenagens da qual ele construiu mais de50 versões ao longo de uma década. O operador introduzia os algarismos a seremsomados, discando os numa série de rodas dentadas, com algarismos de zero anove, impressos de maneira a que os números a serem somados ficassem expostosnum mostrador. Cada roda representava uma determinada coluna decimal ±unidades, dezenas, centenas e assim por diante.
  • 19. PASCALINEhttp://youtu.be/3h71HAJWnVUQuando uma roda ao completava uma volta, avançava em um dígito a roda à sua esquerda, de ordem decimal mais alta.A máquina também executava outras operações por meio de um incómodo sistema de adições repetitivas.
  • 20. MÁQUINA DE CALCULARGottfried Wilhelm Leibniz nasceu em 1646 na Alemanha, numa família de eruditos efuncionários do Governo, e inventou em 1672, com base na calculadora dePascal, uma máquina de calcular capaz de multiplicar, dividir e extrair raízesquadradas. Esta máquina surgiu para implementar um método mecânico para avaliaras intermináveis tarefas de cálculo dos astrónomos.
  • 21. MÁQUINA DE CALCULARA sua máquina distinguia-se por possuir três elementos significativos:A porção aditiva era, essencialmente, idêntica à da Pascaline, mas Leibniz incluiu umcomponente móvel (precursor do carro móvel das posteriores calculadoras de mesa)e uma manivela manual, que ficava ao lado e acionava uma roda.Este mecanismo funcionava, com o componente móvel, para acelerar as adiçõesrepetitivas envolvidas nas operações de multiplicação e divisão.A própria repetição tornava-se automatizada.
  • 22. MÁQUINA DE CALCULARLeibniz considerado um pioneiro no desenvolvimento da lógica matemática.http://youtu.be/1zvDGRdOuYI
  • 23. TEAR DE JACQUARDCartões perfurados (1801):Joseph-Marie Jacquard foi o inventor francês que desenvolveu o tear de Jacquard, um tear completamente automatizado que conseguia “tecer” padrões bastante complexos.Jacquard iniciou a construção desta máquina em 1790, mas só em1801, após a Revolução Francesa, é que a conseguiu terminar. Este tear era programado por uma série de cartões perfurados, cada um deles controlando um único movimento da lançadeira. Para produzir um novo padrão, o operador simplesmente substituía um conjunto de cartões por outro.
  • 24. TEAR DE JACQUARDEsta máquina continha com muita clareza todo o processo de entrada processamento saída, com o processamento a ser realizado de acordo com as instruções contidas em cartões perfurados.Os cartões perfurados, estavam destinados a produzir o seu maior impacto na posterior programação de computadores.
  • 25. FAMÍLIAS LÓGICASO desenvolvimento da tecnologia doscircuitos integrados, possibilitando acolocação num único invólucro de diversoscomponentes já interligados, veio permitir umdesenvolvimento muito rápido da eletrônicadigital e consequentemente do projeto desistemas digitais.
  • 26. FAMÍLIAS LÓGICAS Foi criada uma série de circuitos integrados que continham numa única pastilha as funções lógicas digitais mais usadas e de tal maneira projetadas que todas eram compatíveis entre si a partir das quais os projetistas tiveram facilidade em encontrar todos os blocos para montar seus sistemas digitais.http://youtu.be/J8ZPIDNaijs http://youtu.be/VBDoT8o4q00
  • 27. FAMÍLIAS LÓGICASEstas séries de circuitos integrados formaram então as famílias lógicas ou famíliasdigitais que consistem em um grupo de dispositivos compatíveis com os mesmosníveis lógicos e tensões de alimentação, por isso você pode conectar diretamente asaída de um dispositivo na entrada de outro se ambos forem da mesma famíliadigital. Circuito NOT TTL Circuito Equivalente CMOS
  • 28. FAMÍLIAS LÓGICASEm virtude da massificação do uso de CIs, torna-se necessário conhecer as característicasgerais desses circuitos e de algumas das famílias lógicas mais populares. Uma vezentendidas tais características, a preparação dos projetos de circuitos digitais é melhorada.Para se conectar dispositivos de famílias diferentes, geralmente há a necessidade de umainterface entre ambas.As famílias lógicas mais comuns podem ser classificadas como: RTL - Lógica resistor-transístor (obsoleta); DTL - Lógica diodo-transistor (obsoleta); DCTL (direct-coupled transistor logic) - Lógica transístor acoplamento direto; TTL - Lógica transistor-transistor (mais popular); ECL - Lógica emissor-acoplado; MOS - Metal Oxide Semiconductor: PMOS - Lógica MOSFETs de canal-p (obsoleta); NMOS - Lógica MOSFETs de canal-n CMOS - Lógica MOSFETs Complementares;
  • 29. FAMÍLIAS LÓGICAS
  • 30. Encapsulamentos mais comuns para CIs:(a) DIP (dual-in-line package) de 24 pinos;(b) envoltório de cerâmica flexível de 14 pinos;(c) envoltório montado sobre a superfície (surface-mount).O envoltório de cerâmica flexível é uma embalagem hermeticamente fechada construídacom uma cerâmica não-condutora, o que torna o chip totalmente imune aos efeitos dahumidade.Estes envoltórios são usados em circuitos destinados a aplicações militares, que devemfuncionar em condições ambientais extremas, totalmente desfavoráveis.O envoltório montado na superfície é a técnica de encapsulamento mais moderna, é muitosimilar ao DIP, exceto pelo fato de seus pinos terminarem dobrados em ângulos retos, demaneira a poderem ser soldados ou colados diretamente na superfície da placa decircuito impresso. Em geral, são menores que os DIPs.Os CIs montados na superfície também têm a vantagem poderem ser mais facilmentemanipulados pelos equipamentos automáticos de montagem de placas de circuito.
  • 31. EVOLUÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
  • 32. PADRÃO VON NEUMMAN
  • 33. PADRÃO VON NEUMMAN
  • 34. PADRÃO VON NEWMMAN
  • 35. PADRÃO VON NEUMMAN
  • 36. PADRÃO VON NEUMMAN
  • 37. EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES
  • 38. EXERCÍCIOS PRÁTICOS
  • 39. EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES
  • 40. EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES
  • 41. EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES
  • 42. EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES
  • 43. EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES
  • 44. FONTES DE ALIMENTAÇÃO
  • 45. FONTES DE ALIMENTAÇÃO
  • 46. FONTES DE ALIMENTAÇÃO
  • 47. FONTES DE ALIMENTAÇÃO
  • 48. FONTE DE ALIMENTAÇÃO
  • 49. FONTE DE ALIMENTAÇÃO
  • 50. FONTE DE ALIMENTAÇÃO
  • 51. BARRAMENTOS/BUS4. Introdução ao conceito de barramento (bus).Descrição e caracterização dos principais tipos de barramentos usados nos PCs.O que é um barramento?Praticamente todos os componentes de um computador, comoprocessadores, memórias, placas de vídeo e diversos outros, são conectados àplaca-mãe a partir do que chamamos de barramento.
  • 52. BARRAMENTOS/BUSO processador e os restantes dispositivos eletrónicos comunicam entre si através de canaisde comunicação aos quais se dá o nome de barramentos.Existem três tipos (relativamente ao tipo de dados que neles circula) de barramentos nointerior do computador e que são:Barramento de Dados - São os condutores por onde circulam os dados que o processador vaibuscar à memória RAM ou aos dispositivos de I/O.Barramento de Endereços - O acesso aos dados que a CPU necessita é feito pelo envio dosendereços das posições de memória ou de dispositivos de I/O onde eles se encontram. Essesendereços circulam neste barramento.Barramento de Controlo - Existem sinais elétricos que controlam os dispositivos eletrónicospara que o sistema possa ler/escrever os dados. Esses sinais viajam neste barramento.
  • 53. BARRAMENTOS/BUSOs barramentos são conjuntos de sinais digitais com os quais o processador comunica com o seuexterior. Esses sinais podem ser combinados de várias formas, dependendo da finalidade.Os barramentos mais comuns são:Barramento local - Faz a conexão entre processador e memória.Barramento ISA – Usado pelos slots de 8 e 16 bits e alguns interfaces da motherboard(série, paralela, interface para drives, alto falante).Barramento PCI – Usado pelos slots PCI, interfaces IDE e USB.Barramento AGP – Usado para placas de vídeo 3D de alto desempenho. Placas de expansão e slots ISA de 8 e de 16 bits.
  • 54. ISAO barramento ISA (Industry Standard Architecture) é formado pelos slots de 8 e 16bits existentes nas motherboards, além de alguns dos seus circuitos internos. Éoriginário do IBM PC, na versão de 8 bits, e foi posteriormente aperfeiçoado no IBMPC AT, chegando à versão de 16 bits.Possui as seguintes características: Transferências em grupos de 8 ou 16 bits Clock de 8 MHzhttp://pt.wikipedia.org/wiki/ISA
  • 55. ISAAs placas de expansão ISA de 16 bits (ex.: placas de som) devem ser conectadas emslots ISA de 16 bits, mas as placas de expansão ISA de 8 bits (ex.: placasfax/modem) podem ser conectadas, tanto em slots de 8, como de 16 bits.
  • 56. ISAApesar de ser considerado lento para os padrões atuais, o barramento ISA ainda é muitoutilizado.Mesmo as mais modernas placas de CPU Pentium possuem 2, 3 ou 4 slots ISA de 16 bits, nosquais podem ser conectados diversos tipos de placa, para os quais a sua velocidade ésatisfatória.Por exemplo, as placas fax/modem, as placas de som e as placas de rede, entre diversas outras.
  • 57. VLB - VESA LOCAL BUSO slot VLB é uma extensão do slot ISA que permite que as placas de mesmobarramento trabalhem em 32 bits (ISA de 16 bits + VLB). Este slot de expansão sóencontramos em placas mãe da geração do 80486, é como se fosse um slot de altodesempenho da época. A frequência de operação, é igual ao FSB, ou seja, aqui simse o processador for de 40 MHz a frequência do slot será igual.O VLB na época trabalhava em sincronismo com o processador, por este motivo odesempenho de um computador 486 era ótimo.Na figura abaixo temos uma placa de expansão de vídeo com barramento VLB
  • 58. VLBComo o VLB era uma extensão do ISA a largura da placa de expansão era comprida.Só existiam 3 tipos de placas de expansão com barramento VLB: vídeo, rede econtroladora.Na figura abaixo, temos 3 slots VLB (de cor marrom) juntamente com os slots ISA de16 bits.
  • 59. EISA – EXTENDED ISABarramento EISA
  • 60. EISAO barramento de 32 bits de dados EISA (Extended Industry Standard Architecture -Arquitectura Padrão Industrial Estendido).Este barramento foi feito especificamente de modo que placas para barramento ISApossam nele ser conectadas, bem como novas placas com capacidade para 32 bitsde dados.
  • 61. PCIAo desenvolver o microprocessador Pentium, a Intel criou também um novobarramento, tão veloz quanto o VLB, porém muito mais versátil. Trata-se do barramento PCI(Peripheral Component Interconnect).Possui as seguintes características: Opera com 32 ou 64 bits Apresenta taxas de transferência de até 132 MB/s, com 32 bits Possui suporte para o padrão PnP (Plug and Play)Apesar de poder operar com 32 ou 64 bits (os slots PCI de 64 bits são um pouco maioresque os de 32), praticamente todas as motherboards modernas utilizam a versão de 32bits. O clock, em geral, é de 33 MHz, mas dependendo do processador, pode ter clock de30 ou 25 MHz.
  • 62. PCI
  • 63. PCIAs placas de expansão PCI possuem um recurso muito interessante, além da suaelevada velocidade de transferência de dados. Trata-se da autoconfiguração obtidacom o padrão PnP (Plug and Play).Estas placas são reconhecidas e configuradas automaticamente pela BIOS (todas asmotherboards equipadas com slots PCI possuem uma BIOS PnP) e pelo sistemaoperativo, sem necessitarem que o utilizador posicione jumpers para realizarmanualmente a sua configuração, como ocorria com as placas de expansão até hápouco tempo atrás.
  • 64. PCI -EDe todos os slots de expansão mencionados até agora o PCI-e é o único que trabalhacom comunicação em série, todos os demais comunicam paralelamente.A comunicação em série aparentemente parece ser mais lenta, mas muito pelocontrário, é muito mais superior que em paralelo porque o sistema trabalha em altasfrequências. http://www.socialbits.com.br/articles/168/desvendando-a-placa-mae-parte
  • 65. PCI- ENa figura abaixo temos uma placa mãe com 3 tipos de slots PCI-e, o primeiro de cimaé um PCI-e 16x, o seguinte é o PCI-e 1x e o último é o PCI-e 4x.Para se der uma ideia, o PCI-e tem uma frequência padrão de 2500 MHz(2.5 GHz em 1x) contra os 33 MHz do PCI tradicional.
  • 66. 5. VÁRIOS TIPOS DE MEMÓRIA USADA NUM PC(DRAM,SRAM para as caches, VRAM e WRAM para as memórias devídeo, EEPROMs, etc.). http://interredes.forumeiros.com/t65-diferentes-tipos-de-memorias(Trabalho prático)6. Organização dos bancos de memória de "cache" num PC e comunicação com o PC.
  • 67. 8. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA INTERFACE VÍDEONUM PC COMPATÍVEL.8. Evolução histórica da interface vídeo num PC compatível.http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_and_video_interfaces_and_connectors#Interface s
  • 68. INTERFACE PLACAS DE VÍDEOPlacas de vídeo SVGA PCI e AGP.Além da placa SVGA PCI, podemos utilizar outros tipos de placa, como por exemplo: Placa de rede PCI Digitalizadoras de vídeo PCI Controladoras SCSI PCI Placas de som PCI Placas de modem PCIAGPVisando obter uma maior taxa de transferência entre a placa de CPU e a placa de vídeo(obtendo assim gráficos com movimentos mais rápidos), a Intel desenvolveu um novobarramento, próprio para comunicação com placas de vídeo especiais. Trata-se do AGP(Accelerated Graphics Port).
  • 69. AGPA principal vantagem do AGP é o uso de maior quantidade de memória paraarmazenamento de texturas para objetos tridimensionais, além da alta velocidade noacesso a essas texturas para aplicação no ecrã.
  • 70. 9. INTERFACE COM O DISCO RÍGIDO EPERIFÉRICOShttp://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drivehttp://www.adrc.com/interfaces.htmlMost hard disks use the Parallel ATA (PATA), Serial ATA (SATA) or SCSI interfaces. SCSI drives havetraditionally been found on servers and high-performance workstations and were the first drivesused in fault-tolerant RAID systems. Today, ATA drives are widely used for RAID arrays.Following are the major types, including older ones for comparison. Most hard disks use the runlength limited (RLL) encoding method; however, the encoding is not necessarily prescribed by theinterface. See IDE, PATA, SATA, SCSI, RAID, RLL and hard disk.HARD DISK INTERFACES Transfer Rate (MB per MaximumType Encoding** sec) CapacitySATA/IDE RLL 150-300 3TBPATA/IDE RLL 3-133 1TBSCSI RLL 5-320 300GBSAS RLL 375-750 2TB
  • 71. 9. INTERFACE COM O DISCO RÍGIDO EPERIFÉRICOSCapacityOlder Interfaces RangeIPI RLL 10-25MB 200MB-3GBESDI RLL 1-3MB 80MB-2GBSMD RLL 1-4MB 200MB-2GBIDE RLL 1-8MB 40MB-1GBST506 RLL RLL 937KB 30MB-200MBST506 MFM 625KB 5MB-100MBhttp://www.pcmag.com/encyclopedia_term/0,1237,t=hard+disk+interfaces&i=44082,00.asp
  • 72. AVALIAÇÃO E AUTOAVALIAÇÃO