02 introducao hardware

INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO E SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

HARDWARECONCEITOS BÁSICOS

Profa. Atslands Rego da Rocha

SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

� Sistemas de Computação;

� Hardware (Arquitetura Básica):

� CPU;

� Memória;

Agenda

� Memória;

� Barramentos;

� E/S

� Formado por:

� Hardware;

� Sistema Operacional e programas de sistema;

� Programas aplicativos.

Sistemas de Computação

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� Programas aplicativos.

� Antigamente, era muito fácil distinguir hardware e software e atualmente ainda é fácil?

“Hardware e software são logicamente equivalentes.”

“Hardware é apenas software petrificado”. Karen Lentz

� Hardware:

� Parte física;

� Software

� Parte lógica;

Sistemas de Computação

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� Parte lógica;

� Controla o Hardware;

� Advém do conhecimento humano;

Sistemas de Computação

� Operações fundamentais:

� Entrada;

� Processamento;

� Armazenamento;MemóriaprincipalCPU

Computador

Arquitetura

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� Armazenamento;

� Saída.principal

E/S

Interconexãodo sistema

CPU

� Componentes:

� Unidade Lógica e Aritmética (ULA);

� Unidade de Controle

Unidade Central de Processamento

ULARegistradores

CPU

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� Unidade de Controle (UC);

� Registradores;

� Barramentos (Interconexão dos componentes);

ULA

Interconexãointerna da CPU

Registradores

Unidadede

controle

� Funções:

� Processamento (ULA)

� Executa as instruções;

� Realiza as operações

Unidade Central de Processamento

ULARegistradores

CPU

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� Realiza as operações lógicas e Aritméticas;

� Controle (UC)

� Busca, interpreta e controla a execução das instruções.

� Controla recursos (memória, E/S).

ULA

Interconexãointerna da CPU

Registradores

Unidadede

controle

� “A memória é o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações manipuladas por este sistema para que possam ser recuperadas quando necessário.”

Memória

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Mário A. Monteiro

� Tipos:

� Registradores, cache, principal (interna) e secundária (externa).

� Célula: menor unidade de armazenamento;

� Endereço: identifica uma célula.

Organização Física da Memória

9Três maneiras de organizar uma memória de 96 bits.

� O modo pelo qual o BIT (BInary DigiT) é identificado na MEMÓRIA é variado:

� Sinal Elétrico (memória principal, cache e registradores);

Memória

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� Campo magnético (disco rígido, etc);

� Presença/Ausência de Ponto de Luz (CDROM, CD-RW, DVD);

� E o que mais?

� Diferentes tipos de memória por conta da CPU ser mais veloz que a memória e da constante necessidade de armazenamento, além do custo.

Memória

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Custo altoVelocidade Alta

Baixa CapacidadeFrequência de acesso pela CPU aumenta

Hierarquia de Memória

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Custo baixoVelocidade baixa

Capacidade elevadaFrequência de acesso pela CPU diminui

� Tipo de memória mais veloz (interno à CPU);

� Necessita de energia elétrica para funcionar.

Registradores

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� Exemplos:

� RAM (Random Access Memory);

� Armazenamento temporário;

� Volátil;

Memória Principal (Interna)

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� Volátil;

� Dinâmica ou estática (DRAM ou SRAM).

� ROM (Read Only Memory).

� Armazenamento permanente;

� Não volátil;

� Ex: Programas do sistema (BIOS: Basic Input Output System).

Memória Principal (Interna)

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Operação da Célula de Memória

Memória Principal (Interna)Operação de Leitura

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Memória Principal (Interna)Operação de Escrita

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Capacidade da Memória Principal

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� N → Total de células. N = 2E

� M → Tamanho de cada célula (definido pelo fabricante)

� E → Tamanho de bits do número que representa cada endereço

Capacidade da Memória Principal

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endereço

� T → Total de bits da memória.

Fórmulas: T= N x M e N = 2E

� Exercício:

� Uma memória RAM pode armazenar um máximo de 2048M bits. Cada célula pode armazenar 32 bits. Qual é o tamanho de cada endereço e qual é o total de células que podem ser utilizadas naquela RAM?

� RAM estática (Static RAM): não precisa de refreshing, portanto não precisa de circuitos de regeneração;

� Pequena quantidade de memória rápida;

� Comunicação entre CPU e MP é um ponto frágil para o

Memória Cache

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� Comunicação entre CPU e MP é um ponto frágil para o desempenho do sistema;

� A função da cache é melhorar o desempenho da máquina:

� Acelera a velocidade de transferência de informações entre CPU e memória principal;

� Reduz a espera da CPU para receber dados.

Memória Cache

21Operação típica da Memória Cache

Memória Cache

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� RAM dinâmica (Dynamic RAM): precisa de refreshing, portanto precisa de circuitos de regeneração;

� Refreshing:

� Circuito de refresh incluído no chip.

Memória Principal (DRAM)

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� Circuito de refresh incluído no chip.

� Desabilita chip.

� Lê e escreve os dados de volta ao mesmo local.

� Leva tempo.

� Atrasa o desempenho de forma aparente.

� Necessidade do usuário de armazenamento;

� Discos magnéticos (HDs);

� CDs, DVDs;

� Pendrives;

Memória Secundária (Externa)

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� Pendrives;

� E o que mais?

Barramentos

� A estrutura de conexão é a coleção de caminhos que conectam os vários componentes;

� Existem diferentes tipos de conexão para diferentes tipos de componentes (Memória, E/S e CPU.

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� Um barramento é um caminho de comunicação conectando dois ou mais dispositivos;

� Como os barramentos se parecem?

� Linhas paralelas em placas de circuito.

� Cabos de fita.

� Conjuntos de fios.

� Etc.

Barramentos

� A largura determina o desempenho e quantos bits podem ser transportados simultaneamente:

� 8, 16, 32, 64 bits.

� Taxa de transferência: T= L * V

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� Taxa de transferência: T= L * V

� L = largura do barramento;

� V = velocidade (1hz equivale a 1bps);

� Exemplo:

� Largura = 32 bits

� Velocidade = 100hz

� T = L * V = 32 * 100 = 3200bps

Barramentos

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Esquema de interconexão de barramento

Barramentos

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Arquitetura de alto desempenho

Entrada/Saída

� Usuário comunica-se com o computador através de periféricos;

� Entrada: teclado, mouse, scanner, vídeos, sensores;

� Saída: impressoras, vídeo, atuadores.

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� Saída: impressoras, vídeo, atuadores.

� Funções básicas dos dispositivos de E/S:

� Comunicação do usuário com o computador;

� Comunicação do computador com o meio ambiente (dispositivos externos a serem monitorados ou controlados);

� Armazenamento (gravação) de dados.

Dúvidas?

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Fonte: Organização Estruturada de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Pearson. 5ª edição.

“No Pain, no Gain”