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Arquitetura componentes

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  • 1. Arquitetura do Computador Prof. Paulo Roberto Ribeiro pribeiro@milnegocios.com.br
  • 2. O Computador  Máquina capaz de solucionar problemas através de tarefas que lhe são fornecidas  Os computadores se distinguem pela sua finalidade  Classificação quanto à operação, utilização e necessidades dos usuários  Tem Três partes diferentes que funcionam em conjunto:  Hardware  Software  Cableware  Para um sistema computacional, acrescentamos uma outra parte essencial: Peopleware
  • 3. Classificação dos Computadores  Quanto à característica de operação  Analógicos  Digitais  Híbridos  Quanto à característica de utilização  Científicos  Comerciais  Quanto ao usuário  Pessoal  Corporativo
  • 4. Operação  Analógicos  Manipulam sinais elétricos analógicos que são utilizados para controle de processos e problemas de simulação 95% dos computadores são digitais  Executam trabalhos usando elementos representados por grandezas físicas, como por exemplo, a intensidade de uma corrente elétrica.  São criados para uma finalidade específica, isto é, só se aplicam a um determinado trabalho  Digitais  Manipulam sinais elétricos do tipo digital  Realizam suas operações utilizando elementos representados por grandezas matemáticas (números), operam dígito a dígito  Programados através de uma linguagem de programação  São destinados a aplicações múltiplas, podendo ser utilizados em diversas tarefas.  Híbridos  Características dos dois anteriores  Entradas/Saídas controladas por conversores analógico-digitais e vice-versa
  • 5. Utilização  Científicos  Áreas de cálculo e pesquisas científicas  Resultados de maior precisão  Pequeno volume de entrada/saída porém precisam de unidade processadores sofisticadas  Comerciais  Maioria dos equipamentos  Grande volume de entrada/saída com rápido processamento
  • 6. Tipos de Computadores  Uso Pessoal Estações de trabalho Computadores de mesa (desktop) Handhelds Notebooks Desknotes Palmtops
  • 7. Tipos de Computadores  Uso Corporativo  Supercomputadores  Ultra-rápidos. Processam grande volume de dados científicos  Mainframes  Utilizados por grande número de usuários ao mesmo tempo  Terminais  “interfaces” entre o usuário e o mainframe  Minicomputadores  similares ao mainframe só que de menor porte  Servidores  Não são projetados para uso direto. Disponibilizam informações para pessoas conectadas em rede
  • 8. O Computador Hardware A Arquitetura do Computador
  • 9. O Computador O computador é uma máquina misteriosa, onde, de alguma forma mística, são guardadas e processadas informações?  Você será capaz de:  Identificar e definir os componentes que fazem para da arquitetura básica de um computador
  • 10. Arquitetura Básica do Computador M Entrada E Envio dos dados para M serem processados Ó Unidade Central de Processamento (UCP) R Obtenção dos resultados requeridos I A Saída
  • 11. Dispositivos de Entrada e Saída  Interação entre o usuário e o M Entrada computador E  Dispositivos que interagem com M o ambiente  Dispositivo de Entrada Ó UCP  Encaminha as solicitações/dados do usuário ao computador, através de R mouse, teclado, etc I  Dispositivo de Saída A Saída  Apresenta os resultados finais do processamento, através dos monitores de vídeo, impressoras, etc
  • 12. UCP  Cérebro do computador Entrada  Busca e executa as M instruções E  Composta de: M  Unidade de Controle U ULA  Unidade Lógica-Aritmética Ó C R P UC I A Saída
  • 13. Mémoria  Armazena programas e dados M  Local onde o processador: Entrada  Busca dados a serem processados, E  Guarda valores intermediários, M  Envia resultados finais do processamento Ó UCP  Pequenos pentes/módulos R encaixados na placa mãe I  A menor unidade de informação Saída armazenável é o BIT A  A menor unidade de medida da memória é o BYTE
  • 14. Arquitetura do Computador Unidade Aritmético-Lógica U Recebe os dados da memória para processá-los quando uma instrução C for aritmética ou lógica Entrada Unidade de Controle Saída P Determina a execução e interpretação das instruções controla o fluxo dos dados e Armazena endereços de instruções e Memória Principal Registradores dados que estão sendo processados Armazena programas e dados que Memória Secundária estão sendo processados Armazena programas que podem ser executados
  • 15. O Computador Hardware Outros Componentes Básicos do Computador
  • 16. Outros componentes Como fazer com que os dados inseridos pelo dispositivo de entrada cheguem ao processador e à memória? E como fazer com que os dados processados cheguem ao dispositivo de saída?  Não podemos esquecer de outros componentes do computador que interagem entre si, contribuindo para o funcionamento do computador.
  • 17. Outros componentes  Placa Mãe  Barramento  Clock  Microprocessador  Tecnologia de Reconhecimento de Instruções do Processador
  • 18. Placa Mãe (Motherboard)  Acomoda o processador e todos os componentes Principal placa do computador (memória principal, memória cache, BIOS, portas serial e paralela, etc) que permitem ao processador interagir com os demais periféricos  Gerencia transação de dados entre CPU e periféricos.  Componentes On board e Off board  Muitas placas mãe permitem o upgrade  Modificação da velocidade do clock, tipo de processador...
  • 19. Barramento  Percurso elétrico que conecta UCP, memória e outros dispositivos de hardware da placa-mãe  O barramento é a estrada que permite a comunicação com o processador, que é compartilhada por todos os periféricos conectados a este barramento  Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit de cada vez  8 linhas  1 byte, 32 linhas  4 bytes  Tipos:  Endereços, Dados e Expansão (ou Slot)
  • 20. Barramento  Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit de cada vez  Barramento de 8 linhas  1 byte  Barramento de 32 linhas  4 bytes  Exemplos de padrões de barramento de expansão:  ISA (Industry Standard Architecture),  MCA (Microchannel Architecture),  EISA (Extended Industry Standard Architecture),  VLB (Vesa Local Bus),  PCI (Peripheral Component Interconnect),  AGP (Accelerated Graphics Port),  USB (Universal Serial Bus)
  • 21. Padrões de Barramento  Padrão ISA  Os dados são transmitidos em 8 ou 16 bits  Suas origens remontam o PC XT com processador 8086/8 e atualmente é uma limitação dos mais recentes programas, especialmente em multimídia, servidores de rede, CAD/CAM  Ainda encontrados em placas de som e modem
  • 22. Padrões de Barramento  Padrão MCA  Desenvolvido com o surgimento dos processadores 386  Os dados são transmitidos em 32 bits  2.5 vezes mais rápido que o ISA de 16 bits  Desenvolvido pela IBM  Alto custo  Incompatibilidade com o ISA  Arquitetura fechada
  • 23. Padrões de Barramento  Padrão EISA  Os dados são transmitidos em 32 bits  Pode-se conectar placas padrão ISA  Mantém a compatibilidade e preserva investimentos em placas já feitos  Mais rápido que o ISA (2 vezes) mas nem tanto quanto o MCA  Alto custo
  • 24. Padrões de Barramento  Padrão VLB  Os dados são transmitidos em 32 bits  Mais rápido que o EISA e o MCA  Compatível com o ISA (2 conectores para ISA + 1 para destinado a transferência de dados a altas velocidades permitidas pelo VLB)  Utilizado por placas de vídeo (principais prejudicadas pelos barramentos lentos)  Custo menor que seus concorrentes  Desenvolvido para trabalhar com processadores 486
  • 25. Padrões de Barramento  Padrão PCI  Os dados são transmitidos em 64 bits  Desenvolvido inicialmente pela Intel  Desenvolvido para o Pentium e para o Pentium Pro Padrão  Mais barato e versátil que o VLB  Alto desempenho
  • 26. Padrões de Barramento  Padrão AGP  Desenvolvido para as placas de vídeo mais modernas (3D) e processadores Pentium II  2 vezes mais rápido que o PCI  Permite a placa de vídeo acessar diretamente a memória para armazenar texturas sem que os dados passem pelo processador
  • 27. Padrões de Barramento  Padrão USB  Novo padrão para a conexão de periféricos externos  Facilidade de uso  Possibilidade de conectar vários periféricos a uma única porta USB  Considerado 1º barramento para micros realmente Plug-and-Play
  • 28. Clock  Coração do computador  Emite pulsos elétricos que se propagam pelo barramento  Movido por um cristal de quartzo localizado na placa mãe  As moléculas deste cristal vibram milhões/bilhões de vezes por segundo, em velocidade constante  As vibrações são usadas para cronometrar operações de processamento e ditar a velocidade de transferência de dados  Expresso em termos de frequência – Hertz (Hz)  1 Hz = 1 ciclo por segundo (1 operação realizada a cada ciclo)  Exemplo: Computador de 1 GHz emite 1 bilhão de pulsos elétricos por segundo – 1 bilhão de realizadas por segundo  O processador não possui gerador de clock. Opera multiplicando o sinal recebido da placa mãe
  • 29. Microprocessador (UCP)  Cérebro de um microcomputador  Sempre está em evolução Relação do processador e a quantidade de transistores
  • 30. Microprocessador (UCP)  Relação do tamanho do transistor em cada década/processador:  Década de 70 Um mícron equivale a  Intel 4004 (1971)  15 mícrons 1 milésimo de milímetro,  8088 (1979)  3 mícrons (do tamanho ou a de um vírus) 1 milionésimo de metro  Década de 80  486  1 mícron  Década de 90,  Pentium III  0.18 mícron (do tamanho de uma molécula de DNA)  Atualmente Ou 20 nanômetros  Pentium 4 e Athlon  0.13 mícron  Por volta de 2012 Nanotecnologia,  0.02 mícron (algumas dezenas de Computação Quântica átomos de outro)
  • 31. Microprocessador (UCP) Ano, Processador, Barramento e Frequência  1978 - 8088 (i8/e16 bits, 5 MHz) rodava DOS e manipulava textos e números, mas os gráficos eram muito pobres  1982 - 80286 (16 bits, 6 a 12 MHz) principal avanço: trabalhar em modo real (compatível com 8088) e em modo protegido (manifestando seu potencial – acesso à memória, multitarefa)  1985 - 386 (SX: e16/i32 / DX: 32 bits, 16 a 33 MHz) acessa 4GB de RAM. Possível alternar entre modo real e protegido. Tinha potência suficiente para suportar uma interface gráfica - foi o início da era Windows.  1989 - 486 (32 bits, 25 a 100 MHz) cache (8 KB) e coprocessador aritmético interno  1993 - Pentium (i32/e64 bits, 60 a 300 MHz) coprocessador remodelado. Cache (16 KB).  2002/2003- Athlon (64 bits) acessar 32 TB de RAM  2003 – Power Mac Ou G5 – Apple (64 bits)  2003/2005 – Pentium 4 (64 bits, 3 a 3,8 GHz) Cache (166 KB)
  • 32. Tecnologia relacionada ao número de instruções de processamento que podem ser reconhecidas  CISC (Complex Instruction Set Computing)  Conjunto Complexo de Instruções  RISC (Reduced Instruction Set Computing)  Conjunto Reduzido de Instruções
  • 33. CISC • Reconhece mais de uma centena de instruções • É mais lento na execução das instruções (quanto > número de instruções > tempo) • A maioria dos microprocessadores são CISC
  • 34. RISC • Reconhece um número limitado de instruções que, em contrapartida, são otimizadas para que sejam executadas com mais rapidez • Redução do conjunto de instruções ao mínimo: as instruções não contempladas são executadas como combinações das existentes • Desempenho de 50-75% superior a um CISC

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