Interligação de Hardware e Software - Aula 14

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ADSM14150 – INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE – ID 14150

Mauricio Tanizaka ([email protected]) Área: Negócios Curso: ADS – Análise e Desenvolvimento de Sistemas Módulo: 2017.2

Por que estudar Hardware?

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Características da Profissão Estudar hardware não é só importante para entender como funciona o computador ou ainda propiciar conhecimento para sua manutenção. Esta área no sistema computacional permite conhecer: formas de configuração, projeto e desenvolvimento de sistemas e servidores; e melhora a capacidade do programador no desenvolvimento do projeto de software.

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CLASSES DE APLICAÇÕES DE COMPUTADOR E SUAS CARACTERÍSTICAS Embora a tecnologia de hardware de computador seja comum. Existem três diferentes classes de aplicações: • Computadores Desktop – é a forma mais conhecida de computação, caracterizada pelo PC – Personal Computer (Computador Pessoal). Possuem um baixo custo e são usados para executar software independente (shrinkwrap /tradução: shrink – encolhimento; wrap - envoltura). Muitas das tecnologias de computação são motivadas por esta classe.

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• Servidores – é a forma atual que substitui o que era antes formado pelos mainframes, minicomputadores e supercomputadores e acessados pela rede. Os servidores podem suportar grande carga de trabalho, possui aplicações únicas e complexas na engenharia e ciência e processam muitas pequenas tarefas como é o caso de software de gestão, banco de dados ou aplicação na internet. Dependendo de sua aplicação, um só servidor pode ter um custo baixo e até milhões de reais, este custo varia de acordo com as tecnologias, desempenho e capacidades empregadas no: processamento, armazenamento e E/S (Entrada / Saída). • Computadores embutidos – é a classe de maior abrangência e desempenho. Com circuitos montados a partir do microprocessador, muitas vezes em chip sem encapsulamento, estes pequenos e até minúsculos computadores podem ser encontrados em: celulares, PDA, no-break, carros, forno de microondas, máquina de lavar, televisores, máquinas industriais e muitos dos dispositivos de comando. Você usa e nem percebe.

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Breve Histórico

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1. Dispositivos mecânicos (3000 a.C. – 1880) 2. Dispositivos eletromecânicos (1880 – 1945) 3. História e evolução dos computadores atuais (1946) • Primeira Geração: Computadores a Válvulas • Segunda Geração: Computadores Transistorizados • Terceira Geração: Computadores com Circuitos Integrados – CI • Quarta Geração: Computadores que utilizam VLSI

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Alguns dispositivos que antecederam o computador MECÂNICOS: Em meados de 2000 A. C. foi inventado o ÁBACO

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ELETROMECÂNICOS: A partir de 1880 Herman Hollerith desenvolveu o cartão perfurado (esquerda) para guardar dados e também uma máquina tabuladora mecânica (direita), acionada por um motor elétrico, que contava, classificava e ordenava informações armazenadas em cartões perfurados.

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• Em 1936, Alan Turing publicou um trabalho de grande influência, descrevendo o computador universal e no serviço de inteligência britânico começou a trabalhar na construção de um computador para decifrar os códigos inimigos durante a Segunda Guerra Mundial. • Em 1943, nasce o primeiro computador verdadeiro, o Colossus.

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HISTÓRIA E EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES ATUAIS A história dos computadores atuais começa com o primeiro computador eletrônico e digital, criado em 1946, de nome ENIAC. Primeira Geração (1940 – 1952): Computadores a Válvulas

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Segunda Geração (1952-1964): Computadores Transistorizados

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Terceira Geração (1964-1971): Computadores com Circuitos Integrados - CI

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Quarta Geração (1971-1981): Computadores que utilizam VLSI O termo VLSI (Very Large Scale Integration), integração em muito larga escala, caracteriza uma classe de dispositivos eletrônicos capazes de armazenar em um único invólucro, milhares e até milhões de diminutos componentes (Figura 2.21). Esta tecnologia permitiu o desenvolvimento de um outro tipo de computador, o PC Personal Computer (Computadores Pessoais) ou microcomputadores.

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Classificação dos Computadores

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Os computadores podem ser classificados quanto: 

Capacidade de processamento (pequeno, médio, grande porte);



Velocidade de processamento e volume de transações (PC, estações de trabalho);



Tamanho da memória e tipo de UCP.



Capacidade de Armazenamento das informações (Mainframes);



Sofisticação do Software disponível e compatibilidade;



Apresentação física (portáteis, não portáteis)

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Formas de computadores:     

Mainframe Minicomputador Supercomputadores Workstation Computador Pessoal

* Conceitualmente todos eles realizam funções internas idênticas, mas em escalas diferentes.

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Mainframes •

Computador principal, Estrutura principal o Destinam-se a manipular quantidades imensas de informação de E/S e armazenamento; o Milhares de transações por dia - grande volume de dados; o Possuem alta capacidade de processamento e muita capacidade de memória; o São de grandes dimensões, requerendo uma grande variedade de pessoal especializado para a sua operação.

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Esses ficam distribuídos em uma ampla sala, com possibilidade de instalação de Terminais (eram um tipo especial de computador que não possuíam CPU ou armazenamento próprio; são apenas dispositivos de E/S que age como uma janela para outro computador que se encontra em algum outro local). Ex: IBM 30xx, Data General

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Minicomputadores •

Nome foi dado devido ao tamanho das máquinas em comparação a outros computadores existentes na época. Marcaram a 2º geração de computadores. Eram do tamanho de uma escrivaninha. Ex.: PDP

•

Hoje são peças de museu

•

Foram substituídos pelos microcomputadores.

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Supercomputador •

Supercomputadores – é o computador mais potente disponível em uma dada época.

•

São usados para resolver grandes e complexos problemas que não seriam possíveis em um simples PC.

•

São construídos para processar quantidades enormes de dados e fazê-lo rapidamente. Por exemplo, cientistas criam modelos complexos de simulação e simulam esses processos em um supercomputador,

•

Usados também: previsão do tempo, engenharia espacial, design automotivo.

Supercomputador famoso: Deep Blue (da IBM, em 1997, ganhou de Garry Kasparov).

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Supercomputadores Cray 22

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Servidores •

Servidores são computadores que fornecem conteúdo e serviços numa rede de computadores. O serviço de conteúdo de páginas de Internet e o serviço de E-mail são, talvez, os mais conhecidos.

•

Os computadores que se conectam na rede, porém não fornecem conteúdo ou serviços, são chamados de clientes. Computadores clientes solicitam conteúdo e serviços aos computadores servidores.

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Exemplo de Servidores • Itautec Infoserver (Processador Intel Xeon 2.4 GHz apresentam HD 1 TB, 16 GB RAM,...) R$ 8.000,00 • Servidores Power Edge da Dell Computers Alta performance, facilidade de manutenção e gerenciamento processador Intel Xeon de 3,4 GHz com 32 GB RAM, HD 1,5 TB + - R$ 59.000,00

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Exemplo de Servidores

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Workstation (Estação de trabalho) •

Uma Workstation é um Desktop que possui regra geral um processador mais potente, memória adicional e capacidades muito aumentadas para lidar com tarefas específicas como criação de gráficos 3D ou desenvolvimento de jogos, sistemas SIG, ou outra tarefa que exija recursos quase exclusivos da máquina.

•

Quando uma Workstation está dedicada em exclusivo a trabalhos gráficos complexos também se designam Estações Gráficas (é o caso das Alpha Station e das Silicon Graphics).

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Estação de Trabalho A maioria dos micros roda qualquer um dos maiores SO – Unix, Windows, OS/2. (Mac da Apple roda A/UX), mas geralmente as estações rodam o Unix ou variações dele. SUN, HP, IBM - Valor aproximado: R$ 15.000 a 31.000,00

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Microcomputador (PC – Computador Pessoal) Os computadores de pequeno porte apresentam-se em diversos formatos, tamanhos e com diversas características. Os microcomputadores são computadores pessoais (PC), utilizados em escritórios, salas de aula e nos lares. (CPU - CISC Complexed Instruction Set Computing - Computação com Conjunto Complexo de Instruções). Computadores pessoais da IBM Macintosh da Apple

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Apresentação física:

Os microcomputadores podem ter várias apresentações físicas, algumas delas são: Não portáteis • Desktops - São os computadores projetados para ficar sobre a mesa, os modelos mais comuns normalmente apresentam o vídeo e teclado separados do gabinete.

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Não portáteis (continuação) • Computador tipo torre - Gabinete de computador projetado para ficar no chão, geralmente perto da mesa. Os gabinetes conhecidos como mini-torre tem um tamanho menor e, portanto, ficam sobre a mesa.

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Portáteis • O portátil é um computador pequeno, leve e que pode ser transportado facilmente, tem tela e teclado incorporados, eliminando a necessidade de cabos para conectar esses dispositivos. • Normalmente são alimentados por baterias recarregáveis, com duração variada, assim, é possível usá-lo em qualquer local ou hora.

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Portáteis Notebook - O notebook pesam entre 2Kg e 3,5 Kg e tem o tamanho de uma pasta para papel. Um notebook pode executar todas as funções que os computadores de mesa.

Possuem hoje: Processadores de 2 GHz ou mais, 4GB RAM, HD 500GB, DVD/BLU-RAY ROM, monitor 14”, valor depende da configuração (a partir R$ 1.500,00)

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Portáteis Netbook - O Netbook pesa entre 1Kg e 2,7 Kg. Eles têm menos poder, menos espaço de armazenamento e telas menores do que os notebooks. Esse tipo de portátil é ideal para quem viaja muito porque pesa pouco.

É possível transmitir dados, acessar a Internet, realizar transações bancárias e receber e enviar e-mails.

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Portáteis Personal Digital Assistants (PDAs) •

Cabem na palma da mão e pesam menos de 0,5 Kg .

•

São computadores muito compactos que usam cartões de memória flash (32 GB ou mais) para armazenamento dos dados em lugar de um disco rígido. Normalmente não possuem teclado pois recorrem à tecnologia touchscreen para input de dados. Os Palmtops são tipicamente muito pequenos, leves e conseguem tempos de duração de bateria bastante razoáveis (19 horas ou mais dependendo da utilização).

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Portáteis Tablets - iPad

Preço entre: R$ 1.800,00 e 4.300,00

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Portáteis Tablets - Samsung Galaxy Tab

Preço entre: R$ 1.300,00 e 3.700,00 36

Arquitetura Computacional de Von Neumann

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Em 1946, Jonh Von Neumann inicia a construção de uma nova máquina, um computador eletrônico de programa armazenado, o IAS (Institute of Advanced Studies). , que se utilizava dos mesmos princípios descritos no relatório do EDVAC. As principais características do IAS, que permaneceram como arquitetura básica ao longo do tempo são:

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•

4 unidades principais: MEMÓRIA, UC (Unidade de Controle), ULA (Unidade Lógica e Aritmética) e os DISPOSITIVOS E/S – Entrada/Saída (I/O – input/output);

•

Possuía memória com 1000 posições, chamadas palavras, cada uma podendo armazenar um valor com 40 dígitos binários (bits);

•

Representação de dados e instruções em formato binário e armazenados na mesma memória;

•

Possui 21 instruções de 20 bits cada uma, em dois campos, um de 8 bits (código de operação, op-code) e outro com 12 bits (endereço);

•

Operações em modo repetitivo, executando um ciclo de instrução em seguida ao outro.

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Transformação de Dados em Informação

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O termo informação não deve ser confundido com os dados. Um gerente deve entender que a informação é o recurso mais importante de uma organização, ela representa a inteligência da organizacional. Conhecer os processos de transformação de dados em informação auxilia na administração de um sistema de informação.

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•

Dados – são caracteres, textos, imagens, sons e voz, que expressam um fato isolado e que por si só não representam algo útil, mas podem ser usados para formar algum conhecimento.

•

Processamento – são os processos de transformação dos dados (ou informação realimentada) em nova informação. Estes processos são formados pelos programas de computador que compõe um software, são responsáveis por realizar operações de cálculos, classificação e organização da informação.

•

Armazenamento – é o local onde se guardam dados, informações e programas.

•

Feedback (realimentação) – Processo de retornar a informação para entrada com objetivo de gerar novas informações.

•

Informação – é o resultado obtido pelo sistema que expressa o conhecimento de uma determinada operação.

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Estrutura da Informação

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A montagem da informação ocorre pelo processamento dos dados. Os dados por si só, não representam algum conhecimento. Os programas responsáveis pelo processamento são instruções intelectualmente organizadas, ou seja, para que se possa desenvolver um programa de computador não basta só ter o programador e uma linguagem de programação, é necessário extrair o conhecimento de um especialista, no caso da Administração, o conhecimento de um gerente administrativo ou um grupo deles.

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Arquitetura Básica de um Sistema Computacional

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Arquitetura básica de um sistema computacional O sistema computacional, consiste de todos os computadores, seus componentes, interfaces, canais de fluxo de dados e periféricos de entradas e saídas.

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Estrutura 1. Unidade Central de Processamento: controla a operação do computador e desempenha funções de processamento de dados (Processador). 2. Memória Principal: armazena dados e instruções. 3. Unidades de E/S: transfere dados entre o computador e o ambiente externo. 4. Sistema de Interconexão: mecanismos que estabelecem a comunicação entre a CPU, memória principal e os dispositivos de E/S.

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Estrutura - continuação Dentre os componentes de um computador, a CPU é o que apresenta uma estrutura mais complexa, sendo seus principais componentes: 1. Unidade de Controle (UC): controla a operação da CPU e, portanto, do computador. 2. Unidade Lógica Aritmética (ULA): realiza todo o processamento de dados, operações lógicas aritméticas. 3. Registradores: oferece um tipo de armazenamento interno de dados para a CPU. 4. Interconexão da CPU: mecanismo que possibilita a comunicação entre as unidades de controle, a ULA e os registradores.

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Representação das Informações

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Qualquer que seja o valor representado pelo computador, ele é representado por uma seqüência de sinais digitais binários: 1 (um) ou 0 (zero). Este é o bit (b), abreviação de binary digit - bit). Em sua forma primitiva, a estes dois valores já podemos atribuir as seguintes informações: sim/não, verdadeiro/falso, aberto/fechado, ligado/desligado, cheio/vazio, existe/não existe, pronto/não pronto, enfim o próprio 1/0. Já os caracteres: Letras (a b c A B C), Números (1 2 3), Símbolos ($ & @) e pontuação (: ; !), são representados por um conjunto de bits, normalmente chamado de Byte (B). Na atualidade e principalmente na micro computação, o Byte representa um conjunto de 8 bits.

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Unidades de Medidas

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O Byte, expressa basicamente a unidade para Armazenamento de Dados. Existem outros múltiplos de byte que são:

KILOBYTE

KB 1 Kilobyte

= 1.024 bytes

MEGABYTE MB 1 Megabyte = 1.024 KB GIGABYTE

GB 1 Gigabyte

= 1.024 MB

TERABYTE

TB 1 Terabyte

= 1.024 GB

PETABYTE

PB 1 Petabyte

= 1.024 TB

EXABYTE

EB 1 Exabyte

= 1.024 PB

ZETABYTE

ZB 1 Zetabyte

= 1.024 EB

YOTABYTE

YB 1 Yotabyte

= 1.024 ZB

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O Código ASCII

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A ANSI (American National Standard Institute) desenvolveu o ASCII (American Standard Code for Information Interchange) e que corresponde a uma tabela que relaciona símbolos com números. Originalmente esta tabela relacionava 127 símbolos e códigos, mas posteriormente passou a relacionar 256 símbolos. Esta alteração está relacionada com o conceito e extensão de Byte, pois se o CPU tinha capacidade múltipla de Byte, porque "perder" um bit em cada símbolo que se transacionasse? Foram então criadas extensões à tabela original, sendo que estas são normalmente utilizadas para caracteres específicos das linguagens de cada país, nomeadamente letras com acentos e outros símbolos específicos.

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Bases Numéricas Binária, Decimal e Hexadecimal

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Qualquer que seja o valor representado em computadores, este é representado por uma seqüência de sinais digitais binários. Na base binária (2) os dígitos representados são 0 e 1. Se desejarmos representar números superiores a 1 temos que utilizar o mesmo procedimento que utilizamos por exemplo na base decimal (10), que é a base em que cada dígito pode ter 10 valores diferentes que vão de 0 a 9. A representação dos números, analisada sob o ponto de vista do incremento de uma unidade ao número anterior, segue o princípio de que assim que determinado dígito atinge o seu valor máximo, adiciona-se uma unidade ao dígito seguinte e o próprio dígito volta a zero. O procedimento é o mesmo seja qual for a base numérica.

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A base hexadecimal (16) é a base em que cada dígito pode ter 16 valores diferentes. Uma vez que apenas existem 10 algarismo (0-9) é necessário representar os outros valores por outros símbolos. Os símbolos escolhidos são as letras A e F, e representam respectivamente os valores de 10 (A) até 15 (F). Logo, os dígitos representados pela base hexadecimal vão de 0 a F. Esta base é bastante importante e utilizada uma vez que o valor máximo de cada dígito corresponde a 4 dígitos binários completamente preenchidos.

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CONVERSÃO DE BINÁRIO PARA DECIMAL BASE 10: Podemos considerar o número 23.457 como sendo: (2*104) + (3*103) + (4*102) + (5*101) + (7*100), pois: (2*104) = 2 * 10.000 (3*103) = 3 * 1.000 (4*102) = 4 * 100 (5*101) = 5 * 10 (7*100) = 7 * 1 Total:

= 20.000 = 3.000 = 400 = 50 = 7 ======= 23.457 65

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Então para converter um número Binário para Decimal usamos a mesma Técnica: Por exemplo: Converter o número Binário 110101 para Decimal (1*25) + (1*24) + (0*23) + (1*22) + (0*21) + (1*20) (1*25) = 32 (1*24) = 16 (0*23) = 0 (1*22) = 4 (0*21) = 0 (1*20) = 1 ==== Total = 53

** isso significa que 53 é o equivalente decimal para o número binário 110101, agora basta procurar na tabela ASCII qual é o caractere correspondente. Neste caso é o: 5

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Para converter um número Decimal para Binário usamos a Técnica da Divisão: Por exemplo: Converter o número decimal 49 para binário: 49 2 09 24 2 1 04 12 2 0 0 6 2 0 3 2 1 1 2 1 X 0 Sentido da leitura do código binário. Então nesse caso o número decimal 49 equivale ao binário 110001

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Componentes de um Sistema Computacional

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CPU (ou processador) – é na CPU onde ocorre todas as operações e controle do computador. Nos computadores padrão PC IBM os principais fabricantes de processadores são a Intel e AMD. Atualmente, sua tecnologia e principal medida de desempenho está focado na freqüência de operação (2,0; 2,5; 3,0 e 3,2 GHz), no tamanho do barramento de dados (32 ou 64 bits), e tamanho e número de caches de memória (L1, L2 e L3).

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Exemplos de processadores: Intel: Celeron, Pentium, Xeon, Core 2 Duo, Core vPro, Core m3, Série i (i3, i5, i7) e Core Série X. AMD: Sempron, Turion, Athlon, Série A, FX, Ryzen e Opteron (para servidores).

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Memória principal (ou primária) – esta memória está diretamente ligado ao processador. É por intermédio da memória principal onde os programas são executados. Possuem dois tipos: •ROM - Read Only Memory (Memória de Apenas Leitura) – programas e dados nesta memória são gravados e só podem ser lidos pela CPU. Na ROM são gravados programas básicos, normalmente necessários para o funcionamento dos dispositivos. O mais comum deles é o BIOS – Basic Input/Output System (Sistema de Entrada/Saída Básico), é responsável pela inicialização do computador.

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•RAM – Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório) – todos os programas podem ser lidos ou escritos nesta memória. Sua capacidade em KByte (Kilo Byte), MByte (Mega Byte) e GByte (Giga Byte)) determina seu desempenho, quanto maior for este tamanho maior o número de programas que podem ser executados em um meio puramente eletrônico.

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Memória de massa (ou secundária) – nesta memória são armazenados programas e dados. Para que o programa possa ser executado, inicialmente ele é lido para a memória principal (RAM) e depois é executado entre a CPU e a memória principal. Sua capacidade determina a quantidade de programas e dados que podem ser armazenados. Principais meios de armazenamento: • HD - Hard Disk (Disco Rígido ou Winchester) • Disquete • Pen drive (ou Flash ROM) • CD-R (CD-ROM) e CD-R/W • DVD-R (DVD-ROM) e DVD-R/W • Tape Streamer (Fita Magnética) • DAT (Digital Audio Tape) • LTO Tape 73

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Dispositivos de Armazenamento de Massa Discos rígidos: Meio de armazenamento magnético, armazena grande quantidade de dados. Também conhecido como HD (Hard Disc ou Winchester).

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Discos rígidos:

HD – 5,25” Full

HD – 5,25” Slin

HD – 2,5” Slin

HD – 3,5” Slin 75

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Dispositivos de Armazenamento de Massa CDs, DVDs, Blu-Ray: Meio de armazenamento Ótico, pode armazenar até 100 GB. DVD-RW

CD-R

Blu-Ray 76

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Dispositivos de Armazenamento de Massa Disquetes e Fitas magnéticas (DAT): Meio de armazenamento magnético, muito usado na década de 90, hoje está em extinção, foi trocado pelos DVDs e pelos Pen-Drives.

Disquete 3,5”

Fita DAT 77

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Disquetes e Fitas magnéticas (DAT): Data Cartridge

AIT Disquete 8”, 5,25” e 3,5”

LTO DAT

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Dispositivos de Armazenamento de Massa Memória Flash: meio de armazenamento eletrônico (em uma memória). Muito difundido a partir do ano 2000.

Pen-Drive

Memória SD

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Interface – normalmente cada dispositivo possui sua forma própria de trabalho independente da CPU e para que tais dispositivos possam se comunicar com a CPU é necessário que haja um decodificador. Este decodificador é chamado de interface. São fáceis de serem vistas nos computadores, pois destas interfaces (ou controladoras, ou adaptadores) saem os conectores que dão acesso aos dispositivos de Entrada/Saída – E/S. Possuem dois tipos: •on-board – fazem parte da placa mãe (mainboard). •off-board – são placas controladoras que se encaixam na placa mãe, mas não fazem parte dela.

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Dispositivos de Processamento Placa Mãe: onde todos os dispositivos são conectados. Tem a função principal de gerenciar os equipamentos do computador.

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Exemplos de algumas interfaces: • Áudio • Porta de comunicação (COM1) • Porta de impressora (LPT1) • Rede – Ethernet Adapter • Teclado – PS/2 Keyboard • USB (Universal Serial Bus) • PCI • Video – AGP • IDE • SATA

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Dispositivos de Processamento Placas de Vídeo: Responsáveis em processar todas as imagens retirando essa tarefa do processador.

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Dispositivos de Processamento Placas de Som: da mesma forma que a placa de vídeo, a placa de som gerencia a parte de áudio separado do processador.

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Dispositivos de Processamento Placas de Rede: Gerencia o fluxo de comunicação com outros computadores.

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Periféricos de Entrada/Saída – E/S (ou Dispositivos de E/S) – são aqueles que permitem a comunicação do computador com o meio externo. Dos vários tipos de periféricos, este é principal recurso de comunicação entre o homem e o computador. Estão distintos em três categorias: • Periférico de Entrada: são aqueles que permitem a entrada de dados para o computador. Exemplos: teclado, mouse, leitor de código de barra, webcam, microfone e scanner. • Periférico de Saída: são aqueles que permitem a saída de dados do computador. Exemplos: monitor de vídeo, impressora e alto falante. • Periférico de Entrada/Saída: são aqueles que permitem a entrada e saída de dados do computador. Exemplos: monitor touch screen e terminais de E/S.

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Dispositivos de Entrada Teclado: dispositivo mais comum e mais conhecido de envio de dados para processamento. Captura letras (A – Z ou a – z), números (0 – 9) e caractere especiais (@, #, $, %, &).

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Dispositivos de Entrada Mouse: Dispositivo muito utilizado após o lançamento do ambiente gráfico. A inserção de dados no sistema corre quando se movimenta o mouse ou quando clicamos em algum ícone.

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Dispositivos de Entrada Microfone: Sua função é a de converter os dados sonoros capturados por ele em dados digitais que o computador consiga processar.

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Dispositivos de Entrada Scanner: digitaliza (copia) a imagem e converte para dados digitais que são processadas pelo computador.

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Dispositivos de Entrada Leitores Ópticos: São classificados como uma espécie de scanner, muito utilizado para fazer leitura de códigos de barra.

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Dispositivos de Saída Monitor: demonstram os resultados em uma tela para visualização.

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Dispositivos de Saída Impressora: Demonstram os resultados de processamento em papel.

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Dispositivos de Saída Caixa de som: Retornam os resultados de forma audível.

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Dispositivos de Comunicação É formado pelos dispositivos eletrônicos que dão suporte a rede de computadores. Exemplos: Hub, Switch, Router e Modem.

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Dispositivos de Comunicação

Switch

Receptor Wi-Fi

Modem-Switch-Roteador

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Dispositivos de Comunicação - Modem

Modem 97

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Dispositivos de Comunicação - Switch

Switch

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Dispositivos de Comunicação - Router

Router

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Memórias

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O processador não tem uma área interna de armazenamento de dados muito grande, por isso, os dados que ele processa deve ficar em uma área própria para isso. A essa área damos o nome de memória. A memória é um dispositivo organizado (pois sem essa organização, como o processador poderia achar os dados necessários para o processamento) e dividido sistematicamente em pequenas áreas chamadas endereços. Dizer que uma memória tem 1MB (Mega Byte) significa dizer que ela tem 1M de endereços que armazenam 1 byte cada. Como 1 M = 220 = 1.048.576, teremos esta quantidade de endereços para guardar um dado de 8 bits em cada um. Por motivos históricos e, principalmente, de retro compatibilidade com os primeiros microcomputadores, a unidade usada para se referir à memória continua sendo o byte, ainda que os processadores atualmente acessem a memória a 32 ou 64 bits por vez. 101

Classificação das Memórias

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

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Função Principal

Uso RAM

Encapsulamento

Tecnologia

DIP

RAM

SIPP

SRAM

SIMM

DRAM

DIMM

EDO

RIMM

SDRAM

Acesso

DDR DDR2

ROM

Mask ROM PROM EPROM EEROM EAROM Flash ROM

Auxiliar

HD Disquetes CD-ROM/DVD-ROM Pen Drive Fita Magnética

Cache

Cache em Disco Cache em Memória

Flash RAM

L1 L2

Virtual

Disco Virtual Memória Virtual

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ROM

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ROM (Read Only Memory – Memória Somente de Leitura) A memória ROM é uma memória que só permite a sua leitura, é nela que está contida as rotinas que os computadores fazem, sempre que são inicializados. O acesso do processador a memória RAM ou a ROM, é indiferente (acontece da mesma forma). O que diferencia é que a RAM permite escrita em seus endereços, sobrepondo os dados lá armazenados anteriormente; a ROM não aceita esse tipo de atividade, mesmo que o processador mande os dados para o seu endereço. Um programa, quando armazenado em ROM, recebe o nome de firmware. A idéia do firmware é ser um programa inalterável a ser executado sempre.

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Dentro da memória ROM do micro, há basicamente três programas (firmware): BIOS (Basic Input/Output System – Sistema Básico de Entrada e Saída): “Ensina” o processador a trabalhar com os periféricos mais básicos do sistema, tais como os circuitos de apoio, unidade de disquetes e o vídeo em modo texto. Toda motherboard contém chips de memória EPROM (Erased Programable Read Only Memory) que chamamos de BIOS, de 256 KB ou 512 KB. Este tipo de memória é o que chamamos "não voláteis", isto é, desligando o computador não há a perda das informações (programas) nela contida. A DRAM e a SRAM perdem completamente seus dados ao desligarmos ou resetarmos o micro.

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IMAGEM DO BIOS

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Como já deu para perceber os programas iniciais contidos na BIOS não podem ser atualizados por vias normais pois a mesma é gravada uma só vez. Atualmente algumas motherboards já utilizam chips de memória com tecnologia flash, ou seja, memórias que podem ser regravadas facilmente e não perdem seus dados quando o computador é desligado. Isso é interessante na atualização das BIOS via softwares. As BIOS mais conhecidas: AMI, Award e Phoenix. 50% dos micros utilizam BIOS AMI.

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POST (Power On Self Test – Auto Teste ao Ligar): Um auto teste feito sempre que ligamos o micro. Você já deve ter reparado que, ao ligar o micro, há um teste de memória feito pelo POST. O POST executa as seguintes rotinas, sempre que o micro é ligado: • • • • • • •

Identifica a configuração instalada. Inicializa todos os circuitos periféricos de apoio (chipset) da placa-mãe. Inicializa o vídeo. Testa a memória. Testa o teclado. Carrega o sistema operacional para a memória. Entrega o controle do processador ao sistema operacional.

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TELA DO POST

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SETUP (Configuração): Programa de configuração de hardware do computador; normalmente chamamos este programa apertando um conjunto de teclas durante o POST (geralmente basta apertar a tecla DEL durante a contagem de memória; esse procedimento, contudo, pode variar de acordo com o fabricante).

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SETUP ATUAL – MODELO 1

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SETUP ATUAL – MODELO 2

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Memória CMOS (Complementary Metal-Oxide Semicondutor) É uma tecnologia de circuitos integrados de baixíssimo consumo de energia, onde ficam armazenadas as informações do sistema (setup) e são modificados pelos programas da BIOS acessados no momento do BOOT. Estes dados são necessários somente na montagem do microcomputador refletindo sua configuração (tipo de winchester, números e tipo de drives, data e hora, configurações gerais, velocidade de memória, etc.) permanecendo armazenados na CMOS e mantidos através da bateria interna. Muitos desses itens estão diretamente relacionados com o processador e seu chipset e, portanto, é recomendável usar o default sugerido pelo fabricante da BIOS. Mudanças nesses parâmetros pode ocasionar o travamento da máquina, intermitência na operação, mal funcionamento dos drives e até perda de dados do HD.

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Qualquer modificação deve ser feita somente se o usuário conhece realmente o significado dos termos ou então por um técnico especializado. Quando a placa começa a perder a configuração freqüentemente, devemos trocar a bateria interna que se encontra na placa mãe.

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Tipos de Memória ROM

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Os circuitos de memória ROM podem ser construídos utilizando umas das seguintes tecnologias: Mask-ROM: Memória que já vem com os circuitos gravados de fábrica, e não há como apagarmos ou alterarmos os seus dados. PROM (Programmable ROM): Esta memória é vendida “virgem”, e o fabricante do dispositivo que utilizará esse circuito se encarrega de gravar o seu conteúdo, mas uma vez gravada, o seu conteúdo não pode mais ser alterado. EPROM (Erasable Programmable ROM): a diferença para com a PROM e a Mask-ROM, é que o seu conteúdo pode ser apagado, através da sua exposição a luz ultra violeta.

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EAPROM (Eletric Alterable Programmable ROM): É similar à EPROM, porém o conteúdo a ser alterado é removido por processos elétricos, através da aplicação de uma tensão em um de seus pinos. EEPROM (Eletric Erasable Programmable ROM): A regravação do seu conteúdo é feito através de sinais elétricos, o que permite a reprogramação do circuito sem remove-lo. Flash-ROM: Tem as mesmas características da EEPROM, só que utiliza baixas tensões para apagar os seus circuitos.

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PROM

EAPROM

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CHIPSET

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Denomina-se Chipset os circuitos de apoio ao computador que gerenciam praticamente todo o funcionamento da placa-mãe (controle de memória cache, DRAM, controle do buffer de dados, interface com a CPU, etc.). É responsável pelas informações necessárias ao reconhecimento de hardware (armazenadas na sua memória ROM). Estes são chips VLSI (altíssima integração dos componentes) permitindo uma redução substancial do tamanho das placas. Nos micros resumem-se a 3 unidade; 1.Controlador da CPU/CACHE/DRAM 2.Gerenciador de dados 3.Controlador de periféricos Devido à complexidade das motherboards atuais, da sofisticação dos sistemas operacionais e do crescente aumento do clock (chegando a 2000 MHz em chips CISC), o chipset é, com certeza, o conjunto de CI’s (circuitos integrados) mais importantes do microcomputador. Fazendo uma analogia com uma orquestra, enquanto o processador é o maestro, o chipset seria o resto! 122

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CHIPSET Conjuntos de circuitos de apoio ao processador, que gerencia praticamente todo o funcionamento da placa mãe. É responsável pelas informações necessárias ao reconhecimento de hardware (armazenadas na sua memória ROM).

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RAM

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RAM (Random Access Memory – Memória de Acesso Aleatório) A RAM é um tipo de memória de escrita e leitura de acesso aleatório. Na memória é que o processador irá buscar programas e armazenar os dados. Quando usamos um processador de textos, por exemplo, o programa do processador de textos está neste momento sendo manipulado pelo processador na memória. A memória RAM é volátil. Na ausência de alimentação elétrica, todos os dados que nela estavam armazenados são perdidos. Por esse motivos sistemas de memória de massa (memória secundária) são importantes (disco rígido, disquetes) para armazenamento de dados.

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Tipos de Encapsulamento

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Módulos de Memória (Pente de Memória). Os módulos de memória são plaquetinhas onde os circuitos integrados já vem soldados, bastando ao usuário, somente encaixar esses módulos de memória na placa-mãe do micro. Histórico de encapsulamentos A seguir, são mostrados os tipos de encapsulamento de memórias mais usados nos PC’s:

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DIP (Dual In Line Package) - esse é um tipo de encapsulamento de memória antigo e que foi utilizado em computadores XT e 286, principalmente como módulos EPROM (que eram soldados na placa). Também foi muito utilizado em dispositivos com circuitos menos sofisticados;

Memória com encapsulamento DIP

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Módulos SIPP (Single In Line Pin Package) - Esse tipo encapsulamento é uma espécie de evolução do DIP. A principal diferença é que esse tipo de memória possui, na verdade, um conjunto de chips DIP que formavam uma placa de memória (mais conhecida como pente de memória). Esse foi o primeiro tipo de módulo de memória criado e sua aparência lembrava um pente, daí o apelido “pente de memória”. Seus terminais eram parecidos com os utilizados pelos circuitos integrados, o que causava mau contato, permitia que terminais dobrassem ou partissem e ainda não impediam que o usuário encaixasse o módulo invertido no soquete. Esses módulos eram encontrados em versões de 256 KB, 1 MB e 4 MB e eram de 8 bits. O padrão SIPP foi aplicado em placas-mãe de processadores 286 e 386.

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Módulos SIPP (Single In Line Pin Package)

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Módulos SIMM (Single In Line Memory Module) - O encapsulamento SIMM é uma evolução do padrão SIPP. Foi o primeiro tipo a usar um slot (um tipo de conector de encaixe) para sua conexão à placa-mãe. Existiram pentes no padrão SIMM com capacidade de armazenamento de 1 MB a 16 MB. Este tipo foi muito usado nas plataformas 386 e 486 (primeiros modelos).

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Módulo SIMM – 30 (Single In Line Memory Module – 30 Terminais) - Esse módulo é basicamente um SIPP com um novo sistema de encaixe. Esse sistema não permite que o módulo seja encaixado invertido, e como os seus terminais não são pinos, não há problemas de terminais quebrados ou dobrado. São encontrados na mesma versão do SIPP. Utiliza um bit de paridade. Módulo SIMM – 72 (Single In Line Memory Module – 72 Terminais) - Esse módulos são módulos SIMM de 32 bits criados para serem usados em micros equipados com processadores 486, Pentium e superiores. São encontrados em diversas capacidades sendo as mais usuais 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB.

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Módulos DIMM (Double In Line Memory Module) - Esse é o padrão de encapsulamento que surgiu após o tipo SIMM. Muito utilizado em placas-mãe de processadores Pentium II, Pentium III e em alguns modelos de Pentium 4 (e processadores equivalentes de empresas concorrentes). Os módulos DIMM normalmente tem 168 terminais (pinos) e são de 64 bits. Os pentes de memória DIMM empregam um recurso chamado ECC (Error Checking and Correction detecção e correção de erros) e tem capacidades mais altas que o padrão anterior: de 16 a 512 MB. As memórias do tipo SDRAM utilizam o encapsulamento DIMM.

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Módulos RIMM (RAMBUS In Line Memory Module) - O padrão de encapsulamento RIMM de 184 vias. Este tipo de módulo pode ter uma chapa metálica cobrindo seus chips. Esses módulos têm tamanho similar ao dos módulos DIMM/168, cerca de 13 centímetros. Entretanto não existe risco de conexão em um soquete errado, já que as duas fendas existentes do conector só se ajustam aos soquetes apropriados. Também bastante parecidos são os módulos DIMM/184, utilizados pelas memórias DDR SDRAM. A medida é similar à dos módulos DIMM/168 e RIMM/184, mas esses módulos também possuem um chanfro característico que impede o seu encaixe em um soquete errado.

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Tipos de Tecnologia

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RAM é a sigla para Random Access Memory (memória de acesso aleatório). Este tipo de memória permite tanto a leitura como a gravação e regravação de dados. No entanto, assim que elas deixam de ser alimentadas eletricamente, ou seja, quando o usuário desliga o computador, a memória RAM perde todos os seus dados. Existem 2 tipos de memória RAM: estáticas e dinâmicas e as veremos a seguir: •

DRAM (Dynamic Random Access Memory): são as memórias do tipo dinâmico e geralmente são armazenadas em cápsulas CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Memória desse tipo possuem capacidade alta, isto é, podem comportar grandes quantidades de dados. No entanto, o acesso a essas informações costuma ser mais lento que o acesso à memórias estáticas. As memórias do tipo DRAM costumam ter preços bem menores que as memórias do tipo estático. Isso ocorre porque sua estruturação é menos complexa, ou seja, utiliza uma tecnologia mais simples, porém viável.

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•

SRAM (Static Random Access Memory): são memórias do tipo estático. São muito mais rápidas que as memórias DRAM, porém armazenam menos dados e possuem preço elevado se compararmos o custo por MB. As memória SRAM costumam ser usadas em chips de cache.

•

EDO é a sigla para (Extended Data Out). Trata-se de um tipo de memória que chegou ao mercado no início de 1997 e que possui como característica essencial a capacidade de permitir ao processador acessar um endereço da memória ao mesmo tempo em que esta ainda estava fornecendo dados de uma solicitação anterior. Esse método permite um aumento considerável no desempenho da memória RAM.

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•

RDRAM - Dois novos tipos de memória passaram a ser comuns a partir de 2001. São as memórias RAMBUS (RDRAM) e as memórias DDR SDRAM. Memórias RAMBUS usam o o encapsulamento RIMM.

•

SDRAM - À medida em que a velocidade dos processadores aumenta, é necessário aumentar também o desempenho da memória RAM do computador, mas isso não é tão simples. Um solução foi a criação do cache, um tipo de memória SRAM com capacidade de algumas centenas de KB que funciona como uma espécie de intermediária entre a memória RAM e o processador. Porém, apenas isso não é suficiente. Na busca de uma memória mais rápida, a indústria colocou no mercado a memória SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory), um tipo de memória que permite a leitura ou o armazenamento de dois dados por vez (ao invés de um por vez, como na tecnologia anterior). Além disso, a memória SDRAM opera em freqüências mais altas, variando de 66 MHz a 133 MHz. A memória SDRAM utiliza o encapsulamento DIMM, a ser visto no tópico seguinte. 138

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•

MRAM - Magnetoresistive Random-Access Memory – RAM Magnetoresistivo: A memória MRAM é uma unidade de memória que surgiu recentemente. É um tipo de memória que se assemelha à Memória DRAM, porém utiliza células magnéticas. Por isso, memórias MRAM consomem menos energia, são mais rápidas e armazenam dados por um longo tempo, mesmo na ausência de energia elétrica (Assim como o HD e o Nobreak). O problema das memórias MRAM é que elas armazenam pouca quantidade de dados e são muito caras.

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Tipos de Acesso à Memória RAM

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Memória DDR As memórias DDR (Double Data Rating) estão cada vez mais presentes nos computadores e são consideradas as substitutas naturais das populares memórias SDRAM. Isso se deve a vários fatores, entre eles, a rapidez deste novo tipo de memória. Como surgiu a memória DDR

DDR

Dual DDR

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Na época em que o Pentium III, da Intel, era o processador mais usado, a velocidade padrão do FSB (Front Side Bus - velocidade externa do processador, ou seja, a velocidade na qual o processador se comunica com a memória e componentes da placa-mãe) era de 133 MHz, equivalente a 1.064 MB por segundo. No entanto, sabe-se que no geral, o chipset da placa-mãe não usa a freqüência de FSB para se comunicar com a memória, mas sim a velocidade desta. Nessa época, o padrão para velocidade das memórias era 133 MHz (as conhecidas memórias SDRAM PC133), que também fornecia uma taxa de velocidade de 1.064 MB por segundo. Com isso, é possível notar que havia um equilíbrio na velocidade de comunicação entre os componentes do computador.

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No entanto, com o lançamento da linha Pentium 4, da Intel, Duron e Athlon da AMD, esse "equilíbrio" deixou de existir, pois o FSB dos processadores passou a ter mais velocidade enquanto que as memórias continuavam no padrão PC133, mantendo a velocidade em 133 MHz. Isso significa que o computador não conseguia aproveitar todos os recursos de processamento. Para usuários do Pentium 4 até havia uma alternativa: utilizar as memórias do tipo Rambus (ou RDRAM). Esse tipo era mais rápido que as PC133, mas tinha algumas desvantagens: só funcionava com processadores da Intel, tinha preço muito elevado e as placas-mãe que suportavam as memórias Rambus também era muito caras. Neste mesmo período, as memórias DDR já haviam sido lançadas, mas a Intel tentava de todas as maneiras popularizar as memórias Rambus, ofuscando a existência do padrão DDR. A AMD, que até então tinha que se contentar com os limites da memória SDRAM, precisava de uma alternativa eficiente de memória que pudesse trabalhar integralmente com seus processadores. A companhia acabou apostando nas memórias DDR e a partir daí, o uso das mesmas foi considerado extremamente viável. 143

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O simples lançamento das memórias DDR não foi uma solução imediata para os problemas de velocidade das memórias e do FSB. Somente com o lançamento das memórias Dual DDR é que a solução se tornou comprovadamente eficaz. As memórias DDR funcionam de maneira parecida às memórias SDRAM. Seus pentes (ou módulos) possuem 184 pinos, 16 a mais que as memórias tradicionais, que possuem 168. Fisicamente, há apenas uma divisão no encaixe do pente, enquanto que na memória SDRAM há dois. Um detalhe interessante é que a voltagem das DDR é 2.5v, contra 3.3v das SDRAM. Isso diminui o consumo de energia e gera menos calor. Para um PC normal isso pode até não fazer muita diferença, mas faz em um notebook, por exemplo. Além disso, a redução da voltagem deixa a memória mais propícia aos Overclocks. Mas, o grande diferencial das memórias DDR está no fato de que elas podem realizar o dobro de operações por ciclo de clock (em poucas palavras, a velocidade em que o processador solicita operações). Assim, uma memória DDR de 266 MHz trabalha, na verdade, com 133 MHz. Como ela realiza duas operações por vez, é como se trabalhasse a 266 MHz. 144

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Como já dito antes, as memórias DDR são muito parecidas com as memórias SDRAM. Veja o porquê: os pentes de memórias SDRAM e DDR são divididos logicamente em bancos, onde cada um contém uma determinada quantidade de endereços de memória disponíveis. Cada banco, por sua vez, se divide em combinações de linhas e colunas. Acessando uma linha e coluna de um banco é que se acessa um endereço de memória. Dentro de cada banco, somente uma linha pode estar sendo usada por vez, mas é possível que haja mais de um acesso simultâneo, desde que seja a endereços diferentes. É isso que a memória DDR faz: basicamente acessa duas linhas, em vez de uma, não sendo preciso mudar a estrutura da memória. Basta fazer alguns ajustes em circuitos e claro, criar chipsets que possuam controladores de memória que consigam fazer acessos desse tipo. Um fato importante a citar é que é possível acessar mais de 2 endereços de memória, mas isso gera custos bem maiores. Além disso, quanto maior a quantidade de dados transferidos, maior o nível de ruído eletromagnético.

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Algo que também é importante frisar é que as memórias SDRAM indicavam seu tipo informando a velocidade de seu funcionamento. Há uma nomenclatura nas memórias DDR em que isso não ocorre. Observe o exemplo: numa memória SDRAM PC133, o número "133" significa que a memória trabalha a 133 MHz. Quando você encontra uma memória DDR PC1600 não significa que ela trabalha a 1600 MHz. Esse valor indica a taxa de transferência de MB por segundo. A tabela abaixo mostra mais detalhes sobre isso:

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Memória

Velocidade

SDRAM PC100

800 MB/s

SDRAM PC133

1.064 MB/s

DDR200 ou PC1600

1.600 MB/s

DDR266 ou PC2100

2.100 MB/s

DDR333 ou PC2700

2.700 MB/s

DDR400 ou PC3200

3.200 MB/s

Dual DDR226

4.200 MB/s

Dual DDR333

5.400 MB/s

Dual DDR400

6.400 MB/s

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Dual DDR As memórias do tipo Dual DDR funcionam baseadas na seguinte idéia: em vez de utilizar uma única controladora para acessar todos os slots de memória da placa-mãe, por que não usar duas controladoras ao mesmo tempo? Essa é a principal diferença do esquema Dual DDR. As memórias atuais seguem o padrão de 64 bits e são alocadas em bancos. Usando duas controladoras simultaneamente, o acesso passa a ser de 128 bits. Para isso é necessário usar dois pentes de memória idênticos no computador. Essa igualdade deve ocorrer, inclusive com a marca, para evitar instabilidades. Para entender melhor, imagine que você use dois pentes de 256 MB de memória RAM DDR333 em seu computador. O computador trabalhará com elas como sendo um conjunto de 512 MB com barramento de 64 bits (ou seja, 2.700 MB por segundo). Essa configuração funcionando no esquema Dual DDR fará com que o barramento passe a ser de 128 bits, aumentando a velocidade para 5.400 MB por segundo! 148

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Para trabalhar com Dual DDR não basta colocar dois pentes de memória idênticos no computador. É necessário que sua placa-mãe tenha esse recurso. Além disso, o esquema Dual DDR só se torna realmente eficiente se utilizado com processadores Pentium IV, Athlon XP ou superiores. Mesmo que sua placa-mãe suporte esse recurso, uma dica interessante é comprar um kit para Dual DDR. Esse kit contém dois pentes de memória DDR exatamente iguais, próprios para funcionar como Dual. Se você comprar dois pentes de memória DDR iguais, mas que venham separadas, o funcionamento pode ser normal, mas as chances de instabilidade aumentam. Isso ocorre principalmente com o padrão DDR400.

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DIP

SIPP

SIMM 30 Vias SIMM 72 Vias

SRAM

DIMM 168 Vias

DIMM 168 Vias

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Os Três Tipos mais Populares de Memórias

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DDR A memória DDR é o padrão que substituiu as tradicionais memórias SDR SDRAM (mais conhecidas como "memórias SDRAM" ou, ainda, como "memórias DIMM"), sendo muito bem recebida pelo mercado, especialmente no segmento de computadores pessoais Memória DDR PC

Memória DDR Laptop

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DDR2 Como o próprio nome sugere, a memória DDR2 é uma evolução da memória DDR. Entre suas principais características estão o consumo menor de energia elétrica e maiores taxas de velocidade. Memória DDR2 PC

Memória DDR2 Laptop

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DDR3 As memórias chegaram ao mercado para substituir o padrão DDR2, tal como este substituiu o tipo DDR. A motivação dessa mudança é, como sempre, a necessidade de melhor desempenho. As memórias DDR se destacam em relação ao padrão anterior - memórias SDR SDRAM - porque são capazes de realizar duas operações de leitura ou escrita por ciclo de clock. Memória DDR3 PC

Memória DDR3 Laptop

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Diferenças notáveis entre DDR, DDR2 e DDR3.

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Corte das Memórias

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DDR4 Com DDR3 atingindo seus limites em um mundo que exige melhores desempenhos e maior largura de banda, a nova geração de DDR SDRAM já chegou. A DDR4 oferece melhor desempenho, maiores capacidades DIMM, maior integridade de dados e menor consumo de energia. Alcançando mais de 2 Gbps por pino e consumindo menos energia do que a DDR3L (DDR3 Baixa Voltagem), a DDR4 proporciona até 50 % de aumento no desempenho e na largura de banda e, ao mesmo tempo, reduz o consumo de energia de todo o seu ambiente de computação.

Encaixe da chave

Maior espessura

Borda curva

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Conceitos de Paridade

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Bit de Paridade É um bit que serve para a detecção de erro. Esse bit é gerado para que os números de bits “1” transmitido seja sempre par. Para mantermos a integridade dos dados na memória, evitando que defeitos nesta prejudiquem o funcionamento do sistema, o Chipset gera um bit de paridade para cada byte de dado escrito na memória (baseado no número de bits de valor 1). A lógica de teste da paridade gera o bit de paridade conforme o byte armazenado no chip de memória fazendo a comparação deste bit posteriormente quando for lido qualquer byte da memória. Caso seja detectado um erro, o sistema travará gerando uma NMI “Non Maskable Interruption”, ou Interrupção Não “Mascarável”(interrupção sem possibilidade de uso do equipamento). Veja tabela de exemplos: 159

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Byte

Bit de paridade

00001111

0

00000111

1

01010101

0

10101100

0

11010101

1

00110100

1

Na maioria das BIOS temos uma opção que habilita/desabilita esse teste de paridade. Sempre devemos deixá-lo habilitado!

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Saiba que... Wait States (Estado de Espera): é o tempo que o processador tem que esperar para que a memória esteja pronta para entregar ou armazenar dados. Isso acontece porque as memórias são mais lentas do que o processador. É também tempo necessário para que uma operação de E/S seja executada. Desta forma, enquanto um determinado programa espera por processos de E/S, outro(s) programa(s) podem obter a atenção do processador, melhorando a eficiência total do computador. Assim a memória e o tempo de processamento podem ser divididos para acomodar um número maior de programas que utilizam o processador.

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Por Exemplo: Um programa que é responsável por exibir uma seqüência de caracteres (uma String por exemplo) no vídeo, deve esperar até que o monitor de vídeo tenha exibido um caracter, enquanto isto o programa fica em tempo de espera para que possa enviar o próximo caracter.

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Memória Cache

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Memória Cache A memória CACHE é um tipo de memória RAM, porém mais rápido e mais caro. Serve para acelerar o processamento. A CACHE reduz sensivelmente a velocidade de acesso médio a memória principal armazenando as mais requisitadas instruções e dados.

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Memória Cache Praticamente todas as placas possuem um Cache Memory. Nos processadores i3, i5 e i7 este cache pode chegar até 8 MB. Podemos ver alguns fatos importantes sobre o armazenamento em cache: • A tecnologia de cache é o uso de uma memória mais rápida, porém menor, para acelerar uma mais lenta, porém maior; • Ao usarmos um cache, precisamos verificá-lo para ver se um determinado item está lá. Em caso afirmativo, essa ação é denominada acerto de cache (cache hit). Em caso negativo, denomina-se erro de cache (cache miss) e o computador precisa esperar o tempo de ida e volta à memória maior e mais lenta;

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Memória Cache Por que não fazer toda a memória do computador funcionar na mesma velocidade do cache L1 para que nenhum armazenamento em cache seja necessário? Isso funcionaria, mas seria caríssimo. A idéia do armazenamento em cache é usar uma pequena quantidade de memória de alto custo para acelerar uma grande quantidade de memória mais lenta e de menor custo.

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NÍVEIS DE CACHE Cache L1 – Processador Pequena quantidade de memória criada dentro do processador que consegue processar as informações na mesma velocidade do processador.

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NÍVEIS DE CACHE Cache L2 – Motherboard (Placa-mãe) O cache L2 é um conjunto de chips de acesso rápido instalados na placa mãe, ou seja, externo ao processador. A memória principal do computador é bem mais lenta que a memória cache secundária. Assim o cache reduz sensivelmente a velocidade de acesso médio a memória principal armazenando as mais requisitadas instruções e dados. A efetividade do cache está relacionada com o seu tamanho, largura do byte, algorítimo de substituição de dados, esquema de mapeamento e do tipo do programa em execução.

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Memória Cache •

É possível ter múltiplas camadas de cache.

•

Num exemplo bibliotecário, a memória menor, porém mais rápida é a mochila (nível 1), e as estantes representam a memória maior, porém um pouco mais lenta (RAM).

•

Esse é um cache de apenas um nível. Pode haver outra camada de cache composta de uma prateleira capaz de acomodar 100 livros atrás do balcão. O bibliotecário pode verificar a mochila (nível 1), depois a prateleira (nível 2) e, por fim, as estantes (RAM). Isso seria um cache de dois níveis.

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NÍVEIS DE CACHE Cache L3 - Motherboard Em alguns casos existem processadores com 2 níveis de cache, então a cache da motherboard passa a ser a Cache L3.

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Não é à toa que a tecnologia de cache está presente tanto em winchesters, processadores e em muitas outras placas. Nos processadores, encontramos a memória cache primária (level 1 cache), com 2 MB de dados nos Dual Core, 4 MB de dados nos Quad-Core e 8 MB nos chips com tecnologia i3, i5 e i7. A construção das memórias cache segue princípios de construção totalmente diferentes das memórias comuns. Utilizam elementos lógicos compostos basicamente de transistores.

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Resumindo tudo, o cache trabalha na velocidade do processador enquanto a memória RAM depende da inclusão de wait states (estados de espera do processador) para disponibilizar o dado devido a sua lentidão. A memória SRAM pode se apresentar de três formas: soldada na própria placamãe, na forma de pente para ser encaixado em um slot especial (possibilitando a expansão dessa memória com a troca do módulo), ou apresentando essas duas configurações simultaneamente.

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A tecnologia Pipeline Burst Cache usada em alguns modelos de cache tenta minimizar os estados de espera para que a memória possa ser acessada o mais rápido possível pelo microprocessador. São usadas as técnicas denominadas: •

Burst mode, que automaticamente alcança o próximo conteúdo da memória antes de ser requisitado (é praticamente a mesma técnica usada em caches de disco), e

•

Pipelining, para que um valor de memória seja acessado no cache ao mesmo tempo em que outro valor de memória é acessado na memória DRAM.

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Barramentos

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Barramentos Sabemos que todo o componente do computador se comunica entre si, fazendo a troca de informações através de pulsos elétricos. Para que isso seja possível é necessário um componente físico, enfim um meio pelo qual os pulsos possam trafegar. Esse meio é chamado de barramento ou BUS. Trata-se de um conjunto de vias metálicas no circuito impresso na placa mãe que faz a conexão entre o processador, memória RAM, CHIPSETS e INTERFACES. O barramento mais comum é o denominado local, e composto por mais outros 3 barramentos.

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Barramento de Dados: São as vias físicas por onde os dados são transferidos, tanto internamente ao processador quanto externamente (neste caso são chamados barramentos externos). Os barramentos interligam todos os componentes que tenham acesso aos dados e são bidirecionais, ou seja, tanto enviam como recebem os sinais elétricos. Barramento de Endereço: É utilizado pelo processador para que o mesmo faça o endereçamento de maneira correta na memória, identificando de onde será lido o dado na memória ou onde será gravado. É um barramento unidirecional ou seja aceita somente em um dos sentidos por vez (envia ou recebe).

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Barramento de Controle: É a via pelo qual trafegam os sinais que geram o controle da CPU, cujo o mesmo é gerenciado por uma parte do processador chamada de unidade de controle, ou UC como é chamada e responsável pela geração de sinais de controle, sincronização, leitura e escrita de memória, leitura e escrita de interfaces, dentre outras operações que auxiliam no processamento dos dados.

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Padrões de barramento das motherboards Padrão ISA Os dados são transmitidos em 8 ou 16 bits dependendo do tipo de placa adaptadora que está sendo utilizada. Normalmente este barramento opera a 8 MHz e apesar de ser o mais utilizado padrão de barramento de expansão, 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. Daí a necessidade do desenvolvimento de novos projetos de barramento. Apesar disso, este padrão ainda é viável para a conexão de placas de áudio, modems e outros dispositivos que não demandam grandes prérequisitos de desempenho.

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Barramentos ISA (Industrial Standard Architeture - Arquitetura Padrão Industrial)

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Padrão EISA O EISA (Enhanced Industrial Standard Architeture - Arquitetura Padrão Industrial Melhorada) ou um barramento ISA melhorado que operava com 32 bits. No caso do EISA, que é uma modificação do ISA, podemos também conectar placas padrão ISA pois a filosofia do EISA é justamente manter a compatibilidade e preservar investimentos em placas já feitos. Devido ao maior custo das motherboards, geralmente esses padrões são utilizados em servidores de rede e em situações onde necessita-se uma alta taxa de transferência dos dados. As configurações são feitas via software e tem muitas vantagens técnicas com relação ao padrão ISA.

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Barramentos EISA (Enhanced Industrial Standard Architeture - Arquitetura Padrão Industrial Melhorada)

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Veja na imagem acima que o slot contém uma divisão. Os slots de 8 bits, utilizam somente a parte maior. Como já imaginado, as placas de 16 bits usam ambas as partes. Por conta disso, as placas-mãe da época passaram a contar apenas com slots ISA de 16 bits. Alguns modelos foram lançados tendo tanto slots de 8 bits quanto slots de 16 bits.

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Padrão MCA Bus O padrão MCA (Micro Channel Architeture - Arquitetura Micro Canal) não contém nenhum tipo de compatibilidade com placas de outros padrões de barramento. Foi criado pela IBM para equipar a sua linha de microcomputadores PS/2 e como o barramento EISA, possui uma alta velocidade de transferência de dados entre o microprocessador, a placa principal e os circuitos existentes e a placa conectada a cada slot, conforme o barramento de dados de 32 bits. É de pouca aceitação no mercado, apenas aceita placas do mesmo padrão.

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Barramentos MCA (Micro Channel Architeture - Arquitetura Micro Canal)

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Padrão VLBUS (VESA Local Bus) O barramento VESA Local Bus é uma extensão física do barramento ISA capaz de executar transferência de dados de 32 bits, podendo ainda aceitar placas adaptadoras de 8 ou 16 bits ISA. Desenvolvido principalmente para os processadores 486, não permitem mais que 3 slots VLBUS nas motherboards, ou seja, o micro somente poderá ter no máximo 3 placas Local Bus em seu microcomputador. Além disso, existe uma limitação quanto ao clock da motherboard. Sem a utilização de circuitos adicionais (buffers), a 50 MHz podemos conectar apenas uma placa VLBUS no micro. Este barramento foi sendo substituído pelo padrão PCI.

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Barramentos VLBUS (VESA Local Bus)

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Barramentos VLBUS (VESA Local Bus)

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Padrão PCI (Peripheral Component Interconnect) Desenvolvido inicialmente pela Intel, os slots são de 32 bits e só aceitam placas desenvolvidas para esse padrão sendo uma mudança radical no projeto dos barramentos de expansão, abolindo totalmente a dependência de slot ISA. Permite as melhores taxas de transferência estando presente principalmente nos micros com chips Pentium. Este barramento é independente do processador podendo ser implementado em qualquer arquitetura de processamento, ao contrário do VESA Local Bus, que foi desenvolvido especialmente para os 486.

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O slot PCI possui o recurso Plug and Play (PnP), algo como "plugar e usar". Com essa funcionalidade, o computador é capaz de reconhecer automaticamente os dispositivos que são conectados ao slot PCI. Isto é, basta conectar o dispositivo, ligar o computador e esperar o sistema operacional avisar sobre o reconhecimento de um novo item para que você possa instalar os drivers adequados.

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Barramentos PCI (Peripheral Component Interconnect)

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Padrão PCI-X (Peripheral Component Interconnect Extended) Muita gente confunde o barramento PCI-X com o padrão PCI Express (mostrado em outro slide), mas ambos são diferentes. O PCI-X nada mais é do que uma evolução do PCI de 64 bits, sendo compatível com as especificações anteriores. A versão PCI-X 1.0 é capaz de operar nas freqüências de 100 MHz e 133 MHz. Neste última, o padrão pode atingir a taxa de transferência de dados de 1.064 MB por segundo. O PCI-X 2.0, por sua vez, pode trabalhar também com as freqüências de 266 MHz e 533 MHz.

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Barramentos PCI-X (Peripheral Component Interconnect Extended)

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Padrão PCI Express (PCIe ou PCI-EX) O padrão PCI Express foi concebido pela Intel em 2004 e se destaca por substituir, ao mesmo tempo, os barramentos PCI e AGP. Isso acontece porque o PCI Express está disponível em vários segmentos: 1x, 2x, 4x, 8x e 16x (há também o de 32x, mas este ainda está em teste pela indústria). Quanto maior esse número, maior é a taxa de transferência de dados. Como mostra a imagem nos próximos slides, essa divisão também reflete no tamanho dos slots PCI Express:

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Barramentos PCI Express (PCIe ou PCI-EX)

Slots PCI Express 16x (branco) e 1x (preto)

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Padrão PCI Express (PCIe ou PCI-EX) O PCI Express 16x, por exemplo, é capaz de trabalhar com taxa de transferência de cerca de 4 GB por segundo, característica que o faz ser utilizado por placas de vídeo, um dos dispositivos que mais geram dados em um computador. 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. Com o lançamento do PCI Express 2.0, que aconteceu no início de 2007, as taxas de transferência da tecnologia praticamente dobraram.

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Barramentos PCI Express (PCIe ou PCI-EX) - CONECTORES

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Barramentos PCI Express (PCIe ou PCI-EX) - CONECTORES

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Barramentos PCI Express (PCIe ou PCI-EX) - CONECTORES

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Padrão AGP (Accelerated Graphics Port) O AGP é uma interface desenvolvida para gráficos de alta performance (especialmente gráficos 3D). Ao invés de usar o barramento PCI para dados gráficos, o AGP introduz um canal ponto-a-ponto dedicado para que a controladora gráfica possa acessar diretamente a memória principal. O canal AGP é de 32 bits e trabalha a 66 MHz, mas utiliza técnicas de duplicação de clock para uma velocidade efetiva de 133 MHz. Isto proporciona uma largura de banda de 533 MB por segundo. Além disso, permite que texturas 3D sejam armazenadas na memória principal ao invés da memória de vídeo. Assim consegue dispor de uma quantidade maior de memória sem encarecer demais a placa de vídeo. O padrão possui 2 importantes requisitos de sistema: • Microprocessador deve ser equipado com um slot AGP (disponível apenas nos Pentium II) ou a placa mãe deve ter um sistema gráfico AGP integrado. • Sistema operacional deve ser o Windows 95 versão OSR 2.1 ou superior. 199

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Além da alta taxa de transferência de dados, o padrão AGP também oferece outras vantagens. Se antes os computadores se limitavam a exibir apenas caracteres em telas escuras, hoje eles são capazes de exibir e criar imagens em altíssima qualidade. quanto mais evoluída for uma aplicação gráfica, em geral, mais dados ela consumirá. Para lidar com o volume crescente de dados gerados pelos processadores gráficos, assim foi criado o padrão AGP, cujo slot serve exclusivamente às placas de vídeo.

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Barramentos AGP (Accelerated Graphics Port)

AGP

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Barramentos AGP (Accelerated Graphics Port)

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Barramentos AGP-PRO (Accelerated Graphics Port)

AGP-PRO

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Barramentos AGP-PRO (Accelerated Graphics Port)

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Como há várias versões no padrão AGP, há também variações nos slots.

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Comparativo de Taxa de Transferência entre as Tecnologias AGP e PCI EXPRESS AGP

PCI EXPRESS

1X - 266 MB por segundo

1X - 250 MB por segundo

4X - 1064 MB por segundo

4X - 500 MB por segundo

8X - 2128 MB por segundo

8X - 2000 MB por segundo 16X - 4000 MB por segundo

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Barramentos AMR, CNR e ACR Os padrões AMR (Audio Modem Riser), CNR (Communications and Network Riser) e ACR (Advanced Communications Riser) são diferentes entre si, mas compartilham da idéia de permitir a conexão à placa-mãe de dispositivos Host Signal Processing (HSP), isto é, dispositivos cujo controle é feito pelo processador do computador. Para isso, o chipset da placa-mãe precisa ser compatível. Em geral, esses slots são usados por placas que exigem pouco processamento, como placas de som, placas de rede ou placas de modem simples.

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AMR (Audio Modem Riser)

CNR (Communications and Network Riser)

ACR (Advanced Communications Riser)

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Barramentos ou Slot

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Barramentos ou Slot

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Barramentos ou Slot

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Ponte Norte e Ponte Sul

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Ponte Norte (North Bridge): este chip faz um trabalho "mais pesado" e, por isso, geralmente requer um dissipador de calor para não esquentar muito. Cabe a ponte norte as tarefas de controle do FSB (Front Side Bus - velocidade na qual o processador se comunica com a memória e com componentes da placa mãe), da freqüência de operação da memória, do barramento AGP, etc. Ponte Sul (South Bridge): este é responsável pelo controle de dispositivos de entrada e saída, com as interfaces IDE ou SATA. Placas - mãe que possuem som OnBoard, podem incluir o controle desse dispositivo também na ponte sul.

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O Chipset é formado basicamente por 3 (três) tipos de circuitos integrados:

Ponte Norte (Controlador Central)

Ponte Sul (Controlador de Periféricos)

Buffer de Dados (Controla a transferência de Dados entre a memória RAM e o processador)

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Ponte Norte: A ponte norte faz a comunicação do processador com as memórias e em alguns casos com os barramentos de alta velocidade. O chip ponte norte, também chamado de MCH (Memory Controller Hub, Hub Controlador de Memória) é conectado diretamente ao processador e possui basicamente as seguintes funções: - Controlador de Memória - Controlador do barramento AGP (se disponível) - Controlador do barramento PCI Express x16 (se disponível) - Interface para transferência de dados com a ponte sul

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Ponte Norte: Se um chip de ponte norte tem um controlador de memória melhor do que outro, o desempenho geral do micro será melhor. Ela tem influência direta no desempenho do computador. É a ponte norte que funciona como intermediário no acesso do processador a estes dispositivos.

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Ponte Norte:

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Ponte Sul: A ponte sul também chamada ICH (I/O Controller Hub, Hub Controlador de Entrada e Saída) é conectado à ponte norte e sua função é basicamente controlar os dispositivos OnBoard e de entrada e saída tais como: • • • • • • • • •

Discos Rígidos (Paralelo e Serial ATA) Portas USB, paralelas e seriais Som e Rede onboard Barramento PCI e PCI Express (se disponível) Barramento ISA (se disponível) Relógio de Tempo Real (RTC) Memória de configuração (CMOS) BIOS Dispositivos antigos, como controladores de interrupção e de DMA 219

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Ponte Sul: É a ponte sul que determina a quantidade (e velocidade) das portas USB e a quantidade e tipo (ATA ou Serial ATA) das portas do disco rígido que a placa mãe possui, por exemplo. A ponte sul tem mais a ver com as funcionalidades da placa-mãe do que com o desempenho.

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Ponte Sul:

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Ponte Norte/Sul: Diagrama da Arquitetura com Chipset

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Chipsets

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Clock

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Toda placa tem um cristal piezoelétrico (ou um circuito integrado) para a geração dos sinais de sincronismo e determinação da velocidade de processamento. O cristal fornece um pulso de alta precisão cuja freqüência depende do processador em uso. O clock é o número de ações (ou "pulsos de clock") que o processador consegue executar por segundo. As ações podem ser escrever algo na RAM, ler algo da RAM, dar uma ordem para o armazenamento, etc. Imagine que você está jogando damas com um amigo: nesse exemplo, cada movimento de peça no tabuleiro seria um pulso de clock.

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Clock

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Microprocessador

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O Microprocessador ou Unidade Central de Processamento é o coração de um microcomputador. Desde o advento do processador Intel 8088 (Linha PCXT) até o atual Intel i7 passando pelos 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Core 2 Duo e Dual Core, apresentam sempre uma evolução exponencial em relação ao seu antecessor, medido atualmente em milhões de transistores e paradoxalmente em mícrons de espessura de trilha. Confira os dados abaixo a respeito dos chips Intel. Processador

Ano de lançamento

Transistores

8088

1978

29 mil

286

1982

134 mil

386DX

1985

275 mil

486DX

1989

1,2 milhões

Pentium

1993

3,3 milhões

Pentium Pro

1995

5,5 milhões

Pentium MMX

1996

4,5 milhões

Pentium II

1997

7,5 milhões 228

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Ano

Processador

Comentário

1978

8088 (8/16 bits, 5 MHz)

O processador inicial dos PCs rodava DOS e manipulava textos e números, mas os gráficos eram muito pobres.

1982

80286 (16 bits, 6 a 12 MHz)

De três a seis vezes mais rápido que o 8088, foi a plataforma básica para as primeiras redes de micros.

1985

386 (16/32 bits, 16 a 33 MHz)

O 386 já tinha potência suficiente para suportar uma interface gráfica - foi o início da era Windows.

1989

486 (32 bits, 25 a 100 MHz)

Rodando DOS e Windows 3.x, o 486 desenvolvimento das aplicações multimídia.

1993

Pentium (64 bits, 60 a 200 MHz)

Com o Windows 95, facilitou a popularização da Internet e permitiu rodar aplicativos de 32 bits.

1995

Pentium Pro (64 bits, 150 a 200 MHz)

Criado para o Windows NT, permitiu a montagem de grandes bancos de dados em servidores PC.

1997

Pentium II (64 bits, 233 a 333 MHz)

A promessa é que esse chip vai impulsionar a computação 3D e a videoconferência.

possibilitou

o

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Cabe lembrar que estes processadores Intel são de tecnologia CISC (Complex Instruction Set Computer). O processador mantém compatibilidade do microcódigo (sub-rotinas internas ao próprio chip) com toda a linha de processadores anteriores a ele, isto é, um programa feito para o 8088 dos micros XT deve rodar num Pentium ou i7 sem problemas (obviamente muito mais rápido). O inverso não é possível. O microcódigo deve analisar todas as instruções de outros processadores além de incorporar as suas próprias que não são poucas. Além disso, os programas compilados nesses processadores tem instruções de comprimento em bytes variável. Esse processo gera atrasos que são totalmente eliminados com os chips de tecnologia RISC (Reduced Instruction Set Computing) onde o próprio software em execução faz o trabalho pesado. Acontece que o aumento de performance do chip compensa em muito esse trabalho extra do programa. 230

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Os chips RISC dissipam menos calor e rodam a freqüências de clock maiores que os chips CICS (Complex Instruction Set Computing). Estes últimos são usados em PCs da Intel, mainframes IBM e a maioria das outras plataformas. Os chips RISC são utilizados em Workstations, um tipo de computador mais caro e com muito maior performance rodando normalmente sob o UNIX e utilizados em processamento científico, grandes bases de dados e aplicações que exijam proteção absoluta dos dados e processamento Real-Time (tipo transações da Bolsa de Valores). A IBM foi a pioneira dessa tecnologia na década de 1970, o que resultou numa arquitetura de processador chamada POWER (Performance Optimized With Enhanced RISC), a qual foi inicialmente implementada na primeira Workstation IBM RS/6000 (RISC System/6000) introduzida em Fevereiro de 1990, e eventualmente formou a base para os processadores PowerPC da Apple/IBM/Motorola.

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A idéia do chip RISC é que, por simplificar a lógica necessária para implementar um processador (fazendo este capaz de executar apenas simples instruções e modos de endereçamento), o processador pode ser menor, menos caro, e mais rápido, usando inclusive menos energia. Através do uso de um compilador eficiente, o processador pode ainda processar qualquer tarefa requerida (por combinar simples instruções em tempo de compilação). Exemplos de chips RISC: Intel i860, i960, Digital Alpha 21064, HPPA-RISC, MIPS, Sun Sparc PC (Macintosh), etc. Muitas modificações implantadas no Pentium são oriundas dos chips RISC tornando-se na verdade um chip CRISC.

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Arquitetura RISC A arquitetura RISC é constituída por um pequeno conjunto de instruções simples que são executadas diretamente pelo hardware, onde não há a intervenção de um interpretador (microcódigo), o que significa que as instruções são executadas em apenas uma microinstrução (de uma única forma e seguindo um mesmo padrão). As máquinas RISC só se tornaram viáveis devido aos avanços de software otimizado para essa arquitetura, através da utilização de compiladores otimizados e que compensem a simplicidade dessa arquitetura. Existe um conjunto de características que permite uma definição de arquitetura básica RISC, são elas:

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Arquitetura RISC • • • • • •

•

Utilização de apenas uma instrução por ciclo do datapath (ULA, registradores e os barramentos que fazem sua conexão); O processo de carregar/armazenar, ou seja, as referências à memória são feitas por instruções especiais de load/store; Inexistência de microcódigo, fazendo com que a complexidade esteja no compilador; Instruções de formato fixo; Conjunto reduzido de instruções, facilitando a organização da UC de modo que esta tenha uma interpretação simples e rápida; Utilização de pipeline (é uma técnica de dividir a execução de uma instrução em fases ou estágios, abrindo espaço para execução simultânea de múltiplas instruções); Utilização de múltiplos conjuntos de registradores.

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Processadores RISC

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Arquitetura CISC CISC ou Complex Instruction Set Computer, é uma arquitetura de processadores capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes o que a torna extremamente versátil. Exemplos de processadores que utilizam essa arquitetura são os 386 e os 486 da Intel. Os processadores baseados na computação de conjunto de instruções complexas contêm uma micro-programação, ou seja, um conjunto de códigos de instruções que são gravados no processador, permitindo-lhe receber as instruções dos programas e executá-las, utilizando as instruções contidas na sua microprogramação. Seria como quebrar estas instruções, já em baixo nível, em diversas instruções mais próximas do hardware (as instruções contidas no microcódigo do processador). Como característica marcante esta arquitetura contém um conjunto grande de instruções, a maioria deles em um elevado grau de complexidade. Algumas características dessa arquitetura são: 236

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Arquitetura CISC • • • • • • •

Controle microprogramado; Modos registrador-registrador, registrador-memória, e registrador; Múltiplos modos de endereçamento à memória, incluindo (vetores); Instruções de largura (tamanho) variável, conforme endereçamento utilizado; Instruções requerem múltiplos ciclos de máquina para variando também com o modo de endereçamento; Poucos registradores; Registradores especializados.

memóriaindexação modo de execução,

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Processador CISC

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RISC X CISC Atualmente não se pode afirmar com 100% de certeza que um processador utiliza apenas a arquitetura CISC ou RISC, pois os modelos atuais de processadores abrigam as características de ambas as arquiteturas. Processadores ARM usados em celulares são um com exemplo de uso da arquitetura RISC, outro exemplo de uso dessa arquitetura é em consoles como o Nintendo 64 e o Playstation.

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RISC X CISC

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Processadores Intel Processadores Intel® Core™ Gerencie edições de 3D, vídeos avançados e fotos, jogue games complexos e desfrute da alta resolução 4K. Processadores Intel® Xeon® Forneça cloud computing, obtenha percepções das análises de dados em tempo real, aumente a produtividade do centro de dados e dimensione com facilidade. Processadores Intel® Xeon Phi™ Otimize o desempenho para cargas de trabalho altamente paralelas, mantendo um ambiente de hardware e software unificado.

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Processadores Intel Processadores Intel Atom® Para dispositivos móveis e servidores econômicos. Obtenha um excelente desempenho e longa autonomia da bateria em uma embalagem de volume reduzido. Processadores Intel® Pentium® Acelere laptops 2 em 1, notebooks, desktops e All-In-One com um processador repleto de recursos. Processadores Intel® Celeron® Oferece suporte para aplicativos básicos do consumidor, vídeo e áudio HD e navegação na Web com desempenho confiável e alto valor.

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Processadores Intel Processadores Intel® Itanium® Desempenho, confiabilidade, escalabilidade e disponibilidade revolucionários para aplicativos e cargas de trabalho importantes. Processadores Intel® Quark™ Para dispositivos da Internet das coisas (IoT). Obtenha baixo consumo de energia, segurança integrada e arquitetura expansível em um formato reduzido.

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Clock Speed ou Clock Rate

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É a velocidade pela à qual um microprocessador executa instruções. Quanto mais rápido o clock, mais instruções uma CPU pode executar por segundo. A velocidade de clock é expressada em MegaHertz (MHz), 1 MHz sendo igual a 1 milhão de ciclos por segundo. Usualmente, a taxa de clock é uma característica fixa do processador. Porém, alguns computadores tem uma "chave" que permite 2 ou mais diferentes velocidades de clock. Isto é útil porque programas desenvolvidos para trabalhar em uma máquina com alta velocidade de clock pode não trabalhar corretamente em uma máquina com velocidade de clock mais lenta, e vice versa. Além disso, alguns componentes de expansão podem não ser capazes de trabalhar a alta velocidade de clock.

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Assim como a velocidade de clock, a arquitetura interna de um microprocessador tem influência na sua performance. Dessa forma, 2 CPU´s com a mesma velocidade de clock não necessariamente trabalham igualmente. Enquanto um processador requer 20 ciclos para multiplicar 2 números, um outro pode fazer o mesmo cálculo em um simples ciclo. Por essa razão, os novos processadores poderiam ser 20 vezes mais rápido que os antigos mesmo se a velocidade de clock fosse a mesma. Além disso, alguns microprocessadores são superescalar, o que significa que eles podem executar mais de uma instrução por ciclo. Como as CPU´s, os barramentos de expansão também têm a sua velocidade de clock. Seria ideal que as velocidades de clock da CPU e dos barramentos fossem a mesma para que um componente não deixe o outro mais lento. Na prática, a velocidade de clock dos barramentos é mais lenta que a velocidade da CPU.

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Overclock

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Overclock é o aumento da freqüência do processador para que ele trabalhe mais rapidamente. A freqüência de operação dos computadores domésticos é determinada por dois fatores: • A velocidade de operação da placa-mãe, conhecida também como velocidade de barramento. •

Multiplicador de clock, criado a partir dos 486 que permite ao processador trabalhar internamente a uma velocidade maior que a da placa-mãe. Vale lembrar que os outros periféricos do computador (memória RAM, cache L2, placa de vídeo, etc.) continuam trabalhando na velocidade de barramento.

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Quando se faz um overclock, o processador passa a trabalhar a uma velocidade maior do que ele foi projetado, fazendo com que haja um maior aquecimento do mesmo. Com isto, reduz-se a vida útil do processador de cerca de 20 para 10 anos (o que não chega a ser um problema já que os processadores rapidamente se tornam obsoletos). Esse aquecimento excessivo pode causar também freqüentes "crashes" (travamento) do sistema operacional durante o seu uso, obrigando o usuário a reiniciar a máquina. Ao fazer o overclock, é indispensável a utilização de um cooler (ventilador que fica sobre o processador para reduzir seu aquecimento) de qualidade e, em alguns casos, uma pasta térmica especial que é passada diretamente sobre a superfície do processador.

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Padrões de Interfaces de Disco

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ST-506: foi o primeiro disco rígido de 5” 1/4. Apresentado em 1980 pela então denominada Shugart Technology (hoje Seagate Technology), tinha uma capacidade de 5 megabytes após formatação. ESDI: Também em 1983, a Maxtor Corporation desenvolveu sua própria versão aprimorada da interface ST-506. Assim como a IDE, a Interface Aumentada para Pequenos Dispositivos (ESDI - Enhanced Small Device Interface) incorpora grande parte da inteligência da controladora na própria unidade. O outro grande avanço é que a interface ESDI virtualmente remove quaisquer limitações de tamanho das unidades de disco conectadas a ela. A controladora ESDI pode, teoricamente, endereçar até 1 terabyte (1 milhão de MB) de espaço em disco.

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IDE / ATA: A Interface Eletrônica Integrada à Unidade (IDE - Integrated Drive Electronics) coloca a maior parte dos circuitos da controladora na própria unidade para proporcionar uma interface mais simples com o computador e uma operação mais confiável do que aquela obtida com as antigas unidades ST-506. Embora o standard tenha tido a designação ATA desde sempre, o mercado inicial divulgou a tecnologia como IDE. • • • •

Tipicamente, uma placa-mãe contém duas portas IDE, a primária e a secundária Em cada uma delas podem ser conectados até dois dispositivos A conexão se dá através de cabos flat Para diferenciar dois dispositivos instalados na mesma porta, um dos dispositivos é configurado como mestre e o outro como escravo

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Serial ATA, SATA ou S-ATA: (acrônimo para Serial Advanced Technology Attachment) é uma tecnologia de transferência de dados entre um computador e dispositivos de armazenamento em massa (mass storage devices) como unidades de disco rígido e drives ópticos. • • • • •

Padrão criado para substituir as interfaces IDE Utiliza transmissão serial (SATA=SerialATA), enquanto IDE usa transmissão paralela A taxa de transferência máxima do padrão original é de 150 MB/s Contra os 133 MB/s de um disco IDE. Cabo SATA é formado por dois pares de fios: um para transmissão e outro para recepção No padrão IDE, há um único caminho de dados compartilhado entre a transmissão e a recepção

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SCSI: sigla de Small Computer System Interface, é uma tecnologia que permite ao usuário conectar uma larga gama de periféricos, tais como discos rígidos, unidades CD-ROM, impressoras e scanners. Características físicas e elétricas de uma interface de entrada e saída (E/S) projetadas para se conectarem e se comunicarem com dispositivos periféricos são definidas pelo SCSI. SAS: é um barramento serial que tende a ser utilizado em servidores, por ser mais confiável, rápido e versátil que o SCSI. O custo do SAS tende a ser inferior ao SCSI, mas superior ao SATA, portanto sua aplicação deverá se manter para os servidores de alto padrão. As primeiras versões do SAS possuíam taxas de transferência de até 300 MB/s e atualmente as taxas atingem 1200 MB/s.

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Interfaces IDE

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Cabo SATA

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Cabo SATA / IDE

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Interfaces de Disco SATA / IDE

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

HD com Interface IDE

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

HD com Interface SATA

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Interfaces de Comunicação (Porta)

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Há outras tecnologias com finalidades semelhantes, como as que permitem a conexão de um dispositivo sem a necessidade de abertura do computador, como o USB e FireWire.

USB

FireWire

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Porta Serial (COM) • Conexão de mouse, p.ex. • Transmite 1 bit por vez • Mais antiga e comum • Padrões o RS-232 (mais antigo)  Até 20 Kbps o RS-422 (mais atual)  Até 115 Kbps  Mais imune a ruídos • Infravermelho é uma porta serial  Até 4 Mbps

263

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Porta Paralela (LPT) • • •

Conexão de impressoras Transfere oito bits de uma só vez Taxas de transmissão eram limitadas em 50 Kbps

264

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Barramentos USB •

O barramento USB (Universal Serial Bus) surgiu em 1995, a partir do USB Implementers Forum

•

A taxa de transferência do USB1.1 ia de 1,5Mbps (≈190KB/s) a 12Mbps (≈1,5MB/s) o Para dispositivos tais como mouses e webcams, isso era o suficiente o Para HDs removíveis ou gravadores de DVD externos, a taxa era baixa

•

Pressionado ainda pelo Firewire da Apple (400Mbps≈50MB/s), o USB Implementers Forum lançou a versão 2.0 do USB no final de 2000

265

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Barramentos USB •

O USB 2.0 permite uma taxa de transferência de 480 Mbps (60 MB/s)

•

O conector continuou a ser o mesmo utilizado na versão anterior

•

Permitem conectar até 127 dispositivos ao mesmo tempo

• •

Para tal, faz uso de hubs Os mais comuns são os de quatro e sete conectores o Permitem estender a distância máxima do dispositivo ao computador de 5m para 30m o Requerem alimentação externa, para a conexão de vários dispositivos O USB é hot pluggable: dispositivos podem ser conectados com a máquina ligada

•

266

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Conector USB

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Sistemas Operacionais

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Sistema Operacional •

É uma máquina estendida o Oculta os detalhes complicados que têm quer ser executados o Apresenta ao usuário uma máquina virtual, mais fácil de usar

•

Funções do sistema operacional o Aloca e atribui os recursos do sistema o Agenda o uso dos recursos do computador o Monitora as atividades do sistema de computador o Provê locais na memória primária para dados e programas o Controla os dispositivos de entrada e saída

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Sistema Operacional •

Plataformas mais comuns: o MS-DOS o Windows o MAC OS o Unix o Linux

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Sistema Operacional •

MS-DOS o Usa uma interface de linha de comando. o A tela apresenta prompts ao usuário. o O usuário digita comandos. o Amplamente substituído pelas interfaces gráficas. o Não é amigável (user-friendly).

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Sistema Operacional •

Microsoft Windows o Iniciou-se como um ambiente operacional para o MS-DOS. o Inicialmente não era um sistema operacional completo; necessitava do MS-DOS. o Usa uma interface gráfica. o Os usuários podem usar os comandos e a interface do DOS. o Agora é uma família completa de sistemas operacionais. o O usuário dá um clique em um ícone para executar tarefas. o O menu Iniciar no canto inferior esquerdo abre programas. o Usa menus para ativar comandos.

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Sistema Operacional •

A Família Windows o 16 Bits  Windows 1.0  Windows 2.0  Windows 3.0  Windows 3.1  Windows 3.11 (WFW - Windows For Workgroups)

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Sistema Operacional •

A Família Windows o 32 Bits  Windows 95  Windows 98  Windows 98SE  Windows Millennium Edition (ME)  Windows NT (Server)  Windows 2000 Pro

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Sistema Operacional •

A Família Windows o 32 e 64 Bits (Personal)  Windows XP  Windows Vista  Windows 7  Windows 8  Windows 8.1  Windows 10

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Sistema Operacional •

A Família Windows o 32 e 64 Bits (Server)  Windows NT  Windows 2000 Server  Windows 2003 Server  Windows 2008 Server  Windows 2008 Server R2  Windows 2012 Server  Windows 2016 Server  Windows Hyper-V Server

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Sistema Operacional •

A Família Windows o Sistemas Embarcados  Windows CE  Windows Mobile  Windows Phone

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Sistema Operacional •

A Família Windows o Sistemas Embarcados  Windows CE  Windows Mobile  Windows Phone

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Sistema Operacional •

Windows CE o Versão em menor escala da família Windows. o Projetado para funcionar em máquinas com telas pequenas e, se for o caso, com armazenamento pequeno. o Usado em Pocket PCs. o Usado em sistemas embutidos. o Dispositivos computadorizados integrados em outros produtos; como robôs.

•

MAC OS o Projetado para o computador Macintosh. o Primeira interface gráfica bem-sucedida comercialmente. o Serviu como modelo para o Windows e outros produtos com interface gráfica desenvolvidos a partir de então. 279

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Sistema Operacional •

UNIX o Desenvolvido em 1971. o Não é ligado a nenhuma família de processadores. o Roda praticamente em qualquer tipo de sistema (PC, mainframe, estação de trabalho) de qualquer fabricante. o Manipula facilmente muitos usuários ao mesmo tempo.

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Sistema Operacional •

Linux o Usa interface de linha de comando. o Muitas companhias criaram uma interface gráfica para funcionar com o Linux. o Conceito de fonte aberta. o O código-fonte é livre. o Usuários podem baixar (download), modificar e distribuir o software. o Mais estável do que o Windows. o Aplicativos relativamente escassos.

281

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Sistema Operacional •

Sistemas Operacionais para Redes - Network Operating System (NOS) o Manipulam funções das redes e computadores. o Compartilham recursos (discos rígidos e impressoras). o Protegem a segurança de dados.

•

Sistemas Operacionais de Rede o Windows Server. o Novell Netware. o Unix. o Linux. o OS-X Server.

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Sistema Operacional •

Sistemas Operacionais para Computadores de Grande Porte o Alocação de recursos: atribuir recursos de computador a certos programas e processos para serem usados. o Principais questões relacionadas à alocação de recursos:  Compartilhar a Unidade Central de Processamento.  Compartilhar memória.  Compartilhar recursos de armazenamento.  Compartilhar recursos de impressão.

283

Software

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Software • • •

•

Um programa de computador é composto por uma seqüência de instruções, que é interpretada e executada por um processador. Um programa pode ser executado por qualquer dispositivo capaz de interpretar e executar as instruções de que é formado. Quando um software está representado como instruções que podem ser executadas diretamente por um processador dizemos que está escrito em Linguagem de Máquina. A execução de um software também pode ser intermediada por um programa interpretador, responsável por interpretar e executar cada uma de suas instruções.

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Software •

Software Aplicativo o Software usado para solucionar um problema em particular ou realizar uma tarefa específica.

•

Software Customizado o Feito sob medida, especificamente para as necessidades de uma organização.

•

Software Empacotado o Vendido em lojas, catálogos ou Sites Web. o Às vezes, é baixado da Internet. o O pacote contém um ou mais CDs ou DVDs, que contêm o software. o Tipicamente, contém a documentação do software. 286

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Software •

Software Orientado para Tarefas o Freqüentemente, chamado de software de produtividade. o Exemplos  Processamento de Texto / Editoração Eletrônica.  Planilhas Eletrônicas.  Gráficos.  Comunicações.

287

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Software •

Gerenciamento de Banco de Dados o Faz o gerenciamento de dados inter-relacionados. o O software pode armazenar, recuperar, atualizar e manipular dados. o Também pode apresentar relatório de dados de muitas maneiras e imprimi-los. o Transforma grandes quantidades de dados em informação.

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Software • • • •

Freeware O autor fornece o software gratuitamente para ser usado por todos. O autor detém o copyright e pode impor restrições de uso. O software não pode ser alterado ou redistribuído sem permissão.

• • • •

Domínio Público Software que não tem copyright. Pode ser usado e alterado sem permissão. Normalmente é desenvolvido por universidades ou instituições de pesquisa usando subsídios do governo.

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Software • • • • •

Software de Fonte Aberta Uma variação de freeware. O código-fonte é disponibilizado. Pode ser modificado e redistribuído livremente. Ajuda a identificar erros e a criar melhorias mais facilmente.

• •

Shareware Software garantido por copyright, distribuído gratuitamente somente para um período experimental. Se o usuário quiser usar além desse período, deve registrá-lo, pagando uma taxa. Normalmente possui documentação, ampliações, suporte e atualizações gratuitas para estimular os usuários a fazer o registro.

• •

290

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Software •

Licença Local o Software (nem sempre) instalado em alguns ou em todos os computadores, dependendo dos termos da licença. o O usuário controla quantas pessoas o usam. o O número de pessoas não pode ultrapassar o número de licenças. o Como exemplo as licenças de rede.  Software instalado no servidor.  A taxa de licenciamento baseia-se no número de usuários simultâneos.

291

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Software •

Distribuição Eletrônica de Software o Software da Internet. o Normalmente freeware e shareware. o Alguns softwares comerciais. o Procedimento  Baixa-se o software para um período experimental.  O software se desabilita depois do período experimental, a menos que seja pago.

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Software •

Provedor de Aplicativos – Application Service Provider o Fornece software que pode ser alugado por outras empresas. o O ASP mantém os softwares e dados em seus sistemas. o Quando necessário, os clientes acessam os aplicativos por meio da Internet. o Alternativa à criação e manutenção de software customizado ou à compra de software empacotado.

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Principais Tipos de Software

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S.O. Baseado em DOS

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Núcleo do Sistema Operacional DOS O Sistema Operacional DOS é comporto de 3 arquivos que compõe o Núcleo do Sistema Operacional: o o o

IO.SYS. MS-DOS.SYS. Command.COM.

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Estrutura Lógica

INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Estrutura de um Disco Magnético

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Densidades de um Disco Magnético

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Formatação de um Disco Magnético

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Formatação de um Disco Magnético

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INTERLIGAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

Partições de um Disco a)

Partição NÃO DOS: é aquela partição do winchester que armazenará um sistema operacional não DOS e seus arquivos e diretórios. Como por exemplo o S.O. PICK ou o UNIX que utilizam padrões de armazenamento e recuperação de arquivos diferentes do DOS.

b) Partição Primária do DOS: é aquela partição que contém os arquivos que dão partida ao DOS (IO.SYS, MSDOS.SYS e COMMAND.COM). Deve ser a partição ativa. Geralmente é o drive C. c)

Partição Estendida do DOS: é aquela que pode conter uma ou mais unidades lógicas (D, E, F, G,...). Cada unidade lógica pode conter arquivos e diretórios.

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