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Manual desenvolvido pela Escola Agrícola de Jundiaí/RN sobre Manutenção de Micro para o Curso Técnico em Informática.
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Índice
Introdução ........................................................................................................................... 9 Apresentação ............................................................................................................................... 9 Objetivo ......................................................................................................................................... 9
Eletricidade ...................................................................................................................... 10 Instalação Elétrica ................................................................................................................... 10 Aterramento .............................................................................................................................. 11 Energia Estática ....................................................................................................................... 12 Multímetro ................................................................................................................................. 14 Sistemas de Proteção ............................................................................................................. 17 Filtros de Linha ...................................................................................................................................... 18 Estabilizadores de Tensão ................................................................................................................ 20 Nobreaks .................................................................................................................................................. 21
Componentes do Computador .................................................................................... 23 Gabinete ..................................................................................................................................... 23 Fonte de Alimentação ............................................................................................................ 23 Placa-‐Mãe ................................................................................................................................... 24 Microprocessador ................................................................................................................... 24 Memória ..................................................................................................................................... 25 Drives .......................................................................................................................................... 26 Disco Rígido ............................................................................................................................... 26 Placas de Vídeo, Rede e Som ................................................................................................ 27 Dispositivos de E/S ................................................................................................................. 27
Gabinete ............................................................................................................................. 29 Partes do Gabinete .................................................................................................................. 29 Interior ...................................................................................................................................................... 29 Traseira ..................................................................................................................................................... 30 Frontal ....................................................................................................................................................... 31
Formatos e Padrões ................................................................................................................ 31 Torre e Desktop ..................................................................................................................................... 31 AT, ATX e BTX ........................................................................................................................................ 32 Small Form Factor ................................................................................................................................ 34
Refrigeração .............................................................................................................................. 35 Painel Frontal ........................................................................................................................... 35
Fontes de Alimentação .................................................................................................. 37 Padrões ....................................................................................................................................... 38 Fonte AT ................................................................................................................................................... 38 Fonte ATX ................................................................................................................................................. 40
Fatores de Escolha .................................................................................................................. 45 Potência .................................................................................................................................................... 45 Potência Real .......................................................................................................................................... 46 Eficiência .................................................................................................................................................. 47 PFC .............................................................................................................................................................. 47
Placa-‐mãe .......................................................................................................................... 49 Padrão ATX .............................................................................................................................................. 49 Conector ATX .......................................................................................................................................... 51
On-‐board e Off-‐board ............................................................................................................. 51 PCB ............................................................................................................................................... 53 Circuito Regulador de Tensão ............................................................................................. 54
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Bobinas ..................................................................................................................................................... 55 Capacitores .............................................................................................................................................. 55 Transistores ............................................................................................................................................ 56
Jumpers e Dipswitches .......................................................................................................... 57 Jumpers ..................................................................................................................................................... 57 Dipswitches ............................................................................................................................................. 58
BOOT ............................................................................................................................................ 59 BIOS ............................................................................................................................................................ 59 Setup .......................................................................................................................................................... 60 POST ........................................................................................................................................................... 62 Boot Loader ............................................................................................................................................. 63
Soquete do Microprocessador ............................................................................................ 64 Conector P4/ATX12V ......................................................................................................................... 65 Conector Fan ........................................................................................................................................... 66
Conectores Auxiliares ............................................................................................................ 66 Conector F_PANEL ............................................................................................................................... 66 Conectores F_USB e F_AUDIO .......................................................................................................... 68
Barramentos ............................................................................................................................. 70 Slots e Interfaces de Comunicação ................................................................................................ 70 Slot de memória .................................................................................................................................... 71 Slot PCI ...................................................................................................................................................... 72 Slot AGP .................................................................................................................................................... 73 Slot PCIe .................................................................................................................................................... 74 USB .............................................................................................................................................................. 76 Interface IDE/PATA ............................................................................................................................. 77 Interface SATA ....................................................................................................................................... 78
Chipset ........................................................................................................................................ 79 North Bridge e South Bridge ............................................................................................................ 79
Microprocessador .......................................................................................................... 82 Partes do Microprocessador ............................................................................................... 83 Registradores ......................................................................................................................................... 83 Unidade de Gerenciamento de Memória .................................................................................... 84 Unidade Lógica e Aritmética ............................................................................................................ 84 Unidade de Ponto Flutuante ............................................................................................................ 84 Unidade de Controle ............................................................................................................................ 85
Clock ............................................................................................................................................ 86 Clock Interno e Externo ..................................................................................................................... 87 Evolução do FSB .................................................................................................................................... 88
Memória Cache ......................................................................................................................... 89 Bits de Processamento .......................................................................................................... 90 Multi-‐core ................................................................................................................................... 91 Família de Microprocessadores ......................................................................................... 93 Refrigeração do Microprocessador ................................................................................... 96 Dissipador Passivo e Ativo ............................................................................................................... 96 Water Cooler ........................................................................................................................................... 97
Memória RAM .................................................................................................................. 99 Características ........................................................................................................................ 100 Volatilidade ........................................................................................................................................... 100 Capacidade ............................................................................................................................................ 101 Latência ................................................................................................................................................... 101 Frequência ............................................................................................................................................. 102
Módulos de Memória ............................................................................................................ 103 SDRAM ....................................................................................................................................... 107
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SDR e DDR ................................................................................................................................ 108 Multi Channel .......................................................................................................................... 109
Disco Rígido .................................................................................................................... 112 Exterior do HD ........................................................................................................................ 113 Placa Lógica ........................................................................................................................................... 113 Circuito Controlador ......................................................................................................................... 115 Firmware ................................................................................................................................................ 116 Driver dos Motores ............................................................................................................................ 116 Buffer ....................................................................................................................................................... 116
Interior do HD ........................................................................................................................ 116 Discos ....................................................................................................................................................... 117 Motor ....................................................................................................................................................... 118 Braço e Cabeça de Leitura/Gravação ......................................................................................... 118 Atuador ................................................................................................................................................... 119
Leitura e Gravação dos Dados ........................................................................................... 120 Geometria do HD ................................................................................................................... 121 Trilhas ...................................................................................................................................................... 122 Setores ..................................................................................................................................................... 122 Cilindros ................................................................................................................................................. 122
Formatação Física e Lógica ................................................................................................ 123 Particionamento .................................................................................................................... 123 Setor de BOOT ........................................................................................................................ 124 Capacidade .............................................................................................................................. 126
Placa de Vídeo ................................................................................................................ 127 On-‐board x Off-‐board ........................................................................................................... 127 GPU ............................................................................................................................................. 127 Resolução e Cores .................................................................................................................. 128 Memória de Vídeo ................................................................................................................. 129 Barramentos de Vídeo ......................................................................................................... 130 Conectores de Vídeo ............................................................................................................. 131
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Índice de Figuras Figura 1 -‐ Tomada bipolar e plugues bipolares (chato e redondo) .................................................................. 10 Figura 2 -‐ Tomadas e plugues tripolares (novo padrão e comum) ................................................................... 11 Figura 3 -‐ Sistema de aterramento e caixa de aterramento ................................................................................ 12 Figura 4 -‐ Pulseira e embalagem antiestática ............................................................................................................ 14 Figura 5 -‐ Multímetro digital e analógico .................................................................................................................... 14 Figura 6 -‐ Display (mostrador) analógico e digital .................................................................................................. 15 Figura 7 -‐ Chave seletora com e sem botão AC/DC .................................................................................................. 16 Figura 8 -‐ Conectores (universais) para os cabos teste .......................................................................................... 16 Figura 9 -‐ Cabos teste com terminações tipo ponta e garra ................................................................................ 17 Figura 10 -‐ Variações de tensão (sobretensão, subtensão, transiente/pico e queda de tensão) .......... 18 Figura 11 -‐ Modelos de filtros de linha ........................................................................................................................... 19 Figura 12 -‐ Estabilizadores de tensão ............................................................................................................................ 20 Figura 13 -‐ Nobreaks ............................................................................................................................................................. 22 Figura 14 -‐ Gabinete padrão (visão frontal, lateral/interior e traseira) ....................................................... 23 Figura 15 -‐ Fontes de alimentação .................................................................................................................................. 24 Figura 16 -‐ Placa-‐mãe (frente e verso) .......................................................................................................................... 24 Figura 17 -‐ Microprocessador, visão frente e verso, geração atual (cima) e anterior ............................. 25 Figura 18 -‐ Memórias RAM ................................................................................................................................................. 25 Figura 19 -‐ Drives de mídia externa CD/DVD (cima) e disquete ........................................................................ 26 Figura 20 -‐ Discos rígidos .................................................................................................................................................... 26 Figura 21 -‐ Placa de vídeo, som e rede ........................................................................................................................... 27 Figura 22 -‐ Teclado e mouse ............................................................................................................................................... 28 Figura 23 -‐ Monitores CRT e LCD/LED .......................................................................................................................... 28 Figura 24 -‐ Impressoras jato de tinta e laser .............................................................................................................. 28 Figura 25 -‐ Gabinetes em papelão e acrílico ............................................................................................................... 29 Figura 26 -‐ Gabinete (visão interior) .............................................................................................................................. 30 Figura 27 -‐ Gabinete (visão traseira) com e sem componentes .......................................................................... 30 Figura 28 -‐ Gabinete (visão frontal) ............................................................................................................................... 31 Figura 29 -‐ Gabinetes desktop ........................................................................................................................................... 32 Figura 30 -‐ Placas-‐mãe padrão AT, ATX e BTX .......................................................................................................... 33 Figura 31 -‐ Fontes de alimentação padrão AT, ATX e BTX ................................................................................... 33 Figura 32 -‐ Gabinete AT (visão frontal, interior e traseira) ................................................................................. 33 Figura 33 -‐ Gabinete BTX ..................................................................................................................................................... 34 Figura 34 -‐ Gabinetes SFF .................................................................................................................................................... 34 Figura 35 -‐ Cooler (ventoinha) e duto para gabinete ............................................................................................. 35 Figura 36 -‐ Painel frontal e cabos conectores ............................................................................................................. 36 Figura 37 -‐ Fontes lineares .................................................................................................................................................. 38 Figura 38 -‐ Conector AT ....................................................................................................................................................... 39 Figura 39 -‐ Conector IDE/PATA ........................................................................................................................................ 40 Figura 40 -‐ Conector floppy ................................................................................................................................................ 40 Figura 41 -‐ Conector ATX (20, 24 e 20+4 pinos) ........................................................................................................ 42 Figura 42 -‐ Conector auxiliar ............................................................................................................................................. 43 Figura 43 -‐ Conectores P4, EPS12V (8 pinos) e EPS12V (4+4 pinos) ................................................................ 43 Figura 44 -‐ Conector sata .................................................................................................................................................... 44 Figura 45 -‐ Conector PCIe (6, 8 e 6+2 pinos) ............................................................................................................... 44 Figura 46 -‐ Exemplo de rótulo de uma fonte de alimentação .............................................................................. 46 Figura 47 -‐ Placa-‐mãe ATX ................................................................................................................................................. 50 Figura 48 -‐ Conector ATX ..................................................................................................................................................... 51 Figura 49 -‐ Placa-‐mãe on-‐board ....................................................................................................................................... 52 Figura 50 -‐ Placa-‐mãe off-‐board ...................................................................................................................................... 52 Figura 51 -‐ Exemplos de PCB .............................................................................................................................................. 53 Figura 52 -‐ PCB de uma placa-‐mãe ................................................................................................................................. 54 Figura 53 -‐ Circuitos reguladores de tensão ............................................................................................................... 54 Figura 54 -‐ Bobinas de ferrite ............................................................................................................................................ 55 Figura 55 -‐ Bobinas de ferro ............................................................................................................................................... 55 Figura 56 -‐ Capacitores eletrolíticos (esquerda) e sólidos .................................................................................... 56
6
Figura 57 -‐ Capacitores estourados ................................................................................................................................ 56 Figura 58 -‐ Transistores ....................................................................................................................................................... 57 Figura 59 -‐ Jumpers ................................................................................................................................................................ 57 Figura 60 -‐ Configuração de jumpers ............................................................................................................................. 58 Figura 61 -‐ Dipswitches ........................................................................................................................................................ 58 Figura 62 -‐ Chips de BIOS ..................................................................................................................................................... 59 Figura 63 -‐ Softwares para atualização de BIOS ...................................................................................................... 60 Figura 64 -‐ Baterias CMOS (3V lítio referência CR2032) ....................................................................................... 60 Figura 65 -‐ Jumper clear CMOS ......................................................................................................................................... 61 Figura 66 -‐ Teclas de acesso ao setup ............................................................................................................................. 61 Figura 67 -‐ Telas de setup .................................................................................................................................................... 62 Figura 68 -‐ Exemplos de testes realizados durante o POST .................................................................................. 62 Figura 69 -‐ Exemplos de erros durante o POST .......................................................................................................... 63 Figura 70 -‐ Seleção da ordem de boot via setup ........................................................................................................ 64 Figura 71 -‐ Exemplo de erro durante o boot ............................................................................................................... 64 Figura 72 -‐ Soquetes de microprocessadores .............................................................................................................. 65 Figura 73 -‐ Conector P4 ou ATX12V ................................................................................................................................ 65 Figura 74 -‐ Conectores fan .................................................................................................................................................. 66 Figura 75 -‐ Conectores F_PANEL ...................................................................................................................................... 67 Figura 76 -‐ Cabos conectores F_PANEL conectados na placa-‐mãe ................................................................... 67 Figura 77 -‐ Exemplo de manual com as instruções do F_PANEL ........................................................................ 67 Figura 78 -‐ Conectores F_USB e F_AUDIO ..................................................................................................................... 68 Figura 79 -‐ Cabos conectores F_AUDIO (esquerda) e F_USB ................................................................................ 69 Figura 80 -‐ Exemplo de manual com as instruções F_AUDIO (cima) e F_USB .............................................. 69 Figura 81 -‐ Slots de memória RAM .................................................................................................................................. 71 Figura 82 -‐ Travas do slot de memória .......................................................................................................................... 72 Figura 83 -‐ Slot PCI ................................................................................................................................................................. 72 Figura 84 -‐ Slot AGP 8x ......................................................................................................................................................... 73 Figura 85 -‐ Comparação das taxas de transferência do barramento PCI e AGP ......................................... 74 Figura 86 -‐ Slots PCIe ............................................................................................................................................................. 76 Figura 87 -‐ Slot PCIe 16x ...................................................................................................................................................... 76 Figura 88 -‐ Símbolo do padrão USB ................................................................................................................................ 76 Figura 89 -‐ Extensões USB ................................................................................................................................................... 77 Figura 90 -‐ Taxas de transferência do barramento USB ....................................................................................... 77 Figura 91 -‐ Conector IDE/PATA ........................................................................................................................................ 77 Figura 92 -‐ Cabos flat 40 e 80 vias ................................................................................................................................... 78 Figura 93 -‐ Conectores e cabo SATA ............................................................................................................................... 78 Figura 94 -‐ Chipset North Bridge ..................................................................................................................................... 80 Figura 95 -‐ Chipset South Bridge ...................................................................................................................................... 80 Figura 96 -‐ Diagrama de um chipset .............................................................................................................................. 81 Figura 97 -‐ Microprocessadores ....................................................................................................................................... 82 Figura 98 -‐ Analogia entre microprocessador e cérebro ....................................................................................... 82 Figura 99 -‐ Processamento dos dados na CPU ............................................................................................................ 83 Figura 100 -‐ Arquitetura do microprocessador ......................................................................................................... 85 Figura 101 -‐ Sinal de clock do microprocessador .................................................................................................... 86 Figura 102 -‐ Clock ("velocidade") do microprocessador ....................................................................................... 87 Figura 103 -‐ Barramento frontal (FSB) ........................................................................................................................ 88 Figura 104 -‐ Evolução do FSB ............................................................................................................................................ 88 Figura 105 -‐ Memória cache ............................................................................................................................................... 89 Figura 106 -‐ Memória cache L1 (dados e instruções) e L2 ................................................................................... 90 Figura 107 -‐ Processadores com bitagem diferentes ............................................................................................... 91 Figura 108 -‐ Placas-‐mãe com múltiplos soquetes ..................................................................................................... 92 Figura 109 -‐ Processadores Multi-‐core .......................................................................................................................... 92 Figura 110 -‐ Divisão de processos em CPU multicore ............................................................................................. 93 Figura 111 -‐ Encaixe de processador do tipo Slot ..................................................................................................... 94 Figura 112 -‐ Microprocessador e Socket PGA ............................................................................................................. 94 Figura 113 -‐ Microprocessador e Socket LGA ............................................................................................................. 95 Figura 114 -‐ Dissipadores passivos .................................................................................................................................. 96 Figura 115 -‐ Pasta térmica ................................................................................................................................................. 97
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Figura 116 -‐ Dissipador ativo ............................................................................................................................................ 97 Figura 117 -‐ Water cooler ................................................................................................................................................... 98 Figura 118 -‐ Fita de dados magnética ........................................................................................................................... 99 Figura 119 -‐ Acesso à dado na memória RAM ............................................................................................................ 99 Figura 120 -‐ Capacidade (Tamanho) da memória RAM ...................................................................................... 101 Figura 121 -‐ Latência da memória RAM ..................................................................................................................... 102 Figura 122 -‐ Frequência da memória RAM ................................................................................................................ 103 Figura 123 -‐ Chips de memória DIP na placa-‐mãe ................................................................................................. 103 Figura 124 -‐ Módulo de memória SIMM ...................................................................................................................... 104 Figura 125 -‐ Módulo de memória SDR (168 vias) ................................................................................................... 104 Figura 126 -‐ Posição dos chanfros nos módulos de memória DIMM DDR .................................................... 105 Figura 127 -‐ Módulo de memória SODIMM SDR (144 vias) ............................................................................... 106 Figura 128 -‐ Posição dos chanfros nos módulos de memória SODIMM DDR .............................................. 106 Figura 129 -‐ Módulo de memória FPM (cima) e EDO ........................................................................................... 107 Figura 130 -‐ Transferência de dados na tecnologia SDR e DDR ....................................................................... 108 Figura 131 -‐ Frequência e largura de banda das memórias DDR ................................................................... 109 Figura 132 -‐ Slots de memória multi-‐channel coloridos ...................................................................................... 110 Figura 133 -‐ Placa-‐mãe com tecnologia quadruple channel ............................................................................. 111 Figura 134 -‐ IBM 305 RAMAC .......................................................................................................................................... 112 Figura 135 -‐ Unidade de Estado Sólido (SSD) ........................................................................................................... 113 Figura 136 -‐ Placa lógica do HD ..................................................................................................................................... 114 Figura 137 -‐ Conectores de alimentação do HD (Molex e SATA) ..................................................................... 114 Figura 138 -‐ Interfaces do HD (IDE/PATA, SATA e SCSI) .................................................................................... 115 Figura 139 -‐ Jumper do HD ............................................................................................................................................... 115 Figura 140 -‐ Caixa (HDA) do HD .................................................................................................................................... 117 Figura 141 -‐ Discos do HD ................................................................................................................................................. 117 Figura 142 -‐ Motor de rotação do HD .......................................................................................................................... 118 Figura 143 -‐ Cabeças de leitura/gravação do HD .................................................................................................. 118 Figura 144 -‐ Braço do HD .................................................................................................................................................. 119 Figura 145 -‐ Disco danificado .......................................................................................................................................... 119 Figura 146 -‐ Atuador do HD ............................................................................................................................................. 120 Figura 147 -‐ Geometria do HD ......................................................................................................................................... 122 Figura 148 -‐ Figura abstrata do particionamento de um HD ........................................................................... 124 Figura 149 -‐ Softwares para particionamento e redimensinamento do HD ............................................... 124 Figura 150 -‐ Boot manager Windows (cima) e Linux ........................................................................................... 125 Figura 151 -‐ Conector e cabo RCA .................................................................................................................................. 131 Figura 152 -‐ Conector e cabo s-‐video ............................................................................................................................ 131 Figura 153 -‐ Conector e cabo VGA ................................................................................................................................. 132 Figura 154 -‐ Conector e cabo DVI .................................................................................................................................. 132 Figura 155 -‐ Conector e cabo HDMI .............................................................................................................................. 133
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Índice de Tabelas Tabela 1 -‐ Padrão de cores nas fontes AT ..................................................................................................................... 39 Tabela 2 -‐ Padrão de cores nas fontes ATX .................................................................................................................. 41 Tabela 3 -‐ Consumo de potência ....................................................................................................................................... 45 Tabela 4 -‐ Taxas de transferência do barramento PCI ........................................................................................... 73 Tabela 5 -‐ Taxas de transferência do barramento AGP .......................................................................................... 74 Tabela 6 -‐ Taxas de transferência do barramento PCIe ......................................................................................... 75 Tabela 7 -‐ Taxas de transferência padrão SATA ....................................................................................................... 79 Tabela 8 -‐ Tabela de soquetes ............................................................................................................................................ 95 Tabela 9 -‐ Capacidade do HD na venda X capacidade reconhecida no SO ................................................... 126
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Introdução
Apresentação
O curso de Montagem e Manutenção de Computadores é composto por
uma carga horária de 160h ministradas entre aulas práticas e teóricas.
Inicialmente o curso apresenta uma abordagem mais teórica para familiarizar o
aluno com os componentes computacionais. Após esse primeiro contato com o
“mundo da computação” o aluno estará apto a iniciar as aulas práticas que farão
o mesmo enfrentar as situações cotidianas de um profissional que atua na área.
Objetivo
Ao finalizar o curso de Montagem e Manutenção de Computadores o
aluno deverá ser capaz de:
• Analisar, minimamente, os requisitos elétricos para a instalação de um
ambiente computacional;
• Reconhecer e apontar as características dos principais componentes
de um computador;
• Montar/Desmontar um computador realizando as conexões de placas
e periféricos;
• Identificar e solucionar uma gama de problemas computacionais;
• Realizar upgrades (atualizações/melhorias) de hardwares e
softwares;
• Instalar, manter e customizar sistemas operacionais;
• Utilizar de softwares que melhoram o desempenho e corrigem
diversos problemas dos sistemas operacionais;
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Eletricidade
Antes de adentrarmos nos elementos computacionais, vamos abordar um
fator de suma importância em qualquer projeto computacional: sua alimentação
elétrica. Apesar de parecer estranho falarmos de eletricidade em um curso sobre
Montagem e Manutenção de Computadores, temos que ter em mente que uma
rede elétrica confiável é essencial para evitarmos acidentes, como choques
elétricos, ao usuário que irá manipular o computador e também prevenir danos
aos equipamentos.
Onde a eletricidade é importante para um computador? Além de fornecer
à energia necessária para a operação dos seus componentes, devemos garantir
que seja fornecida uma energia “limpa” para o sistema, pois, um computador não
é “nada” mais que um conjunto de componentes eletrônicos agrupados para
desempenhar diversas funções e esses componentes são bastantes sensíveis as
variações elétricas.
Instalação Elétrica
Na grande maioria das residências, prédios e escritórios do nosso país as
instalações elétricas apresentam apenas dois fios. Um desses fios é denominado
FASE (ou VIVO) que, a grosso modo, é o fio por onde chega a tensão elétrica
fornecida pela operada de energia elétrica (no Brasil temos oficialmente duas
tensões: 110V e 220V). O outro fio é chamado NEUTRO (ou RETORNO) e possui
potencial elétrico igual a 0 (zero) Volts.
A esse padrão de ligação dá-‐se o nome de BIPOLAR. Por padrão o fio FASE
deve ser ligado ao conector direito das tomadas.
Figura 1 -‐ Tomada bipolar e plugues bipolares (chato e redondo)
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Os computadores, para sua própria proteção e também dos usuários,
exigem na sua ligação a existência de mais um fio na instalação elétrica: o fio
TERRA. Esse fio deve estar diretamente conectado à Terra, afim de prover um
potencial 0V absoluto, e tem a função de igualar o potencial elétrico entre os
equipamentos. A utilização do fio TERRA se faz necessária já que é comum e
normal ocorrer uma “sujeira” no fio NEUTRO (devido a uma fuga de elétrons
advinda dos diversos equipamentos elétricos) fazendo com que o mesmo
apresente um potencial diferente de 0V. O fio TERRA realiza então a tarefa de
“limpar” essa “sujeira” mantendo sempre zerado o potencial do fio NEUTRO.
A esse padrão de ligação, com três fios, dá-‐se o nome de TRIPOLAR1.
Figura 2 -‐ Tomadas e plugues tripolares (padrão novo e padrão comum)
Aterramento
Para que o fio TERRA esteja funcional é necessário que a rede elétrica seja
aterrada. Como já mencionado anteriormente, o aterramento é a ligação do
circuito à Terra. Conseguimos essa ligação conectando-‐se o fio TERRA das
tomadas que se deseja aterrar ao solo. O sistema mais comumente usado para
realizar essa conexão é através de hastes metálicas (normalmente com
comprimento maior ou igual à dois metros) que são cravadas verticalmente no
solo e ligadas ao circuito2.
Uma rede elétrica bem aterrada protege o usuário dos equipamentos das
descargas atmosféricas, evita choques pela acumulação de cargas estáticas nas
carcaças de máquinas e/ou equipamentos além de facilitar o funcionamento dos 1 Desde de 31 de Março de 2005 existe uma norma da ABNT (NBR 5410) que torna obrigatória a instalação de tomadas 2P+T (tripolar) nas novas instalações elétricas e nas reformas em instalações já existentes. 2 Existem outros sistemas de aterramento que fogem ao escopo do curso e não serão abordadas.
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dispositivos de proteção (fusíveis, disjuntores, etc.). Vários problemas
aparentemente sem ligação direta com a rede elétrica podem ter sua causa a
partir de um aterramento malfeito, como por exemplo: computadores operando
de forma irregular e apresentando “congelamentos” constantes, interferência na
imagem e ondulações em monitores de vídeo, dentre outros.
Figura 3 -‐ Sistema de aterramento e caixa de aterramento
Energia Estática
No tópico anterior falamos sobre acumulação de cargas estáticas, mas o
que vêm a ser energia estática? Da física temos a seguinte definição: “É o
fenômeno de acumulação de cargas elétricas, sejam elas positivas ou negativas,
em um material qualquer, seja ele condutor, semicondutor ou isolante”.
Mas o que isso tem haver com Montagem e Manutenção de
computadores? A história começa a mudar a partir do momento que passamos a
observar que o corpo humano é um material condutor de eletricidade. Com isso,
estamos suscetíveis ao fenômeno da energia estática, ou seja, a capacidade de
acumularmos cargas elétricas. Em nosso dia-‐a-‐dia a energia estática surge
frequentemente devido ao atrito3 como exemplificados nos casos abaixo:
• Ao se utilizar um pente e esfregá-‐lo no cabelo;
• Ao se friccionar uma haste de vidro numa lã (carga positiva) ou numa
flanela (carga negativa);
• Ao vestirmos uma roupa de lã (principalmente em dias e locais de
baixa umidade);
3 Existem outras formas de geração de energia estática que fogem ao escopo do curso e não serão abordadas.
13
• Ao caminharmos sobre um carpete;
O problema se dá quando estamos eletricamente carregados e vamos
manusear equipamentos eletrônicos. Uma descarga elétrica que normalmente
passa desapercebida por nós (em alguns casos pode gerar um pequeno choque
ou até mesmo uma pequena faísca) pode causar um efeito “catastrófico” em
componentes eletrônicos, chegando a danificar ou, no pior dos casos, estragar o
dispositivo.
Devido a esses fatos, devemos tomar algumas precauções quando formos
manipular os componentes de um computador:
• Não realizar manutenções em computadores em salas cujo o chão
seja encarpetado, principalmente se não estiver calçado;
• Não utilizar roupas de lã e dar preferência a roupas fabricadas com
fibras naturais (como o algodão), pois, a fibras sintéticas (como nylon
e poliéster) tendem a acumular mais energia estática;
• Tocar4 em algum componente metálico que esteja aterrado como por
exemplo janelas/grades de ferro ou até mesmo na própria fonte ou
carcaça do computador desde que o mesmo esteja ligado a uma rede
elétrica aterrada;
• Não manusear placas ou qualquer componente eletrônico tocando no
seu centro ou em partes que contenham vias de circuito ou chips,
procurando tocar sempre nas bordas (que são revestidas de fibra de
vidro que é um material isolante);
Existem alguns equipamentos que podem ser utilizados para evitar a
atuação da energia estática, dentre eles podemos citar: as pulseiras antiestática,
as luvas antiestática e os sapatos eletricamente isolados. Outro cuidado que
devemos ter é quando formos armazenar as placas e os componentes do
computador, os mesmos devem ser guardados em embalagens antiéstaticas.
4 Sempre tocar nas partes sem pintura já que algumas tintas possuem a função de isolamento elétrico.
14
Figura 4 -‐ Pulseira e embalagem antiestática
Multímetro
Quando tratamos com eletricidade/eletrônica falamos de várias
grandezas físicas (como voltagem, capacitância, amperagem, resistência, etc.)
que são, digamos, invisíveis a olho nu. Então, como podemos fazer para
mensurar/medir essas variáveis? Para realizar essa “incrível” tarefa dispomos
hoje em dia de um equipamento que se tornou essencial no dia-‐a-‐dia de qualquer
profissional que trabalhe com eletricidade: o Multímetro.
Figura 5 -‐ Multímetro digital e analógico
O multímetro (também chamado de multiteste) é um dispositivo
eletrônico destinado à medição e avaliação, instantânea, de grandezas elétricas.
Os multímetros atuais são bastante complexos e podem apresentar tantas
15
funcionalidades que algumas chegaremos a nunca usar, mas, no nosso uso diário,
basicamente utilizamos o multímetro para medir tensão elétrica (voltímetro),
corrente elétrica (amperímetro) e resistência (ohmímetro).
Existem os modelos analógicos, onde a medição das grandezas se dá
através de um ponteiro em um mostrador que exibe todas as grandezas (de
forma escalada), e o modelos digitais onde a medição é exibida em um painel
eletrônico.
Figura 6 -‐ Display (mostrador) analógico e digital
Outra parte de grande importância no multímetro é sua chave seletora de
grandezas. É através dela que informamos qual grandeza em qual escala
queremos medir em determinado momento. Nos multímetros mais modernos, e
por consequência mais caros, a seleção da escala é realizada automaticamente,
deixando a chave seletora apenas com a função de escolhermos a grandeza a ser
medida.
Também é de primordial importância o botão seletor DC/AC, ele serve
para alterarmos o funcionamento do multímetro quando necessitamos medir
tensões/correntes contínuas (DC), que são aquelas que não variam no decorrer
do tempo e são encontradas em pilhas, baterias, circuitos eletrônicos, etc., e
tensões/correntes alternadas (AC), que variam com o tempo (geralmente
apresentam forma de onda senoidal repetindo-‐se à taxa de 60Hz) e são
provenientes de motores, geradores, transformadores, etc. Em alguns
multímetros não existe o botão seletor DC/AC, ficando a cargo da chave seletora
a função de distinguir a forma de variação.
Alguns multímetros também apresentam uma função bastante útil
chamada de teste de linha viva (também conhecido como teste de continuidade)
16
com a qual podemos detectar, por exemplo, se um fio esta rompido ou um fusível
esta queimado. Nessa função, o multímetro indica com um aviso sonoro (bip) a
existência de continuidade entre dois pontos.
Figura 7 -‐ Chave seletora com e sem botão AC/DC
De posse do multímetro, após selecionada a grandeza em uma escala
compatível e sua forma de variação, como fazemos então para realizar as
medições? Para isso, fazemos uso dos cabos teste (normalmente conhecidos
como pontas de prova). Esses cabos são conectados ao multímetro (existe um
padrão universal para esse conector) e suas terminações devem então ser
“inseridas” no circuito que queremos realizar as medições. Normalmente os
multímetros apresentam três conectores:
• O terra (ou comum) indicados com os símbolos: , GND ou COM;
• O para medição de voltagem e resistência indicados por V e Ω (respectivamente);
• E o para medição da amperagem, indicado por A ou mA;
Figura 8 -‐ Conectores (universais) para os cabos teste
17
Os cabos testes se apresentam em duas cores: Preta e Vermelha. Por
padrão, devemos conectar o cabo preto ao terra do multímetro e o vermelho a
um dos demais conectores. As principais terminações de cabos testes existentes
são as pontas, usadas normalmente para medição em tomadas e pilhas, e as
garras (popularmente chamadas de jacaré), utilizadas quando necessitamos
deixar o cabo fixo em algum material, como por exemplo em um dos terminais da
bateria de um automóvel. Vale salientar que podemos fazer combinação dessas
terminações, não sendo obrigatório o uso de duas terminações idênticas.
Figura 9 -‐ Cabos teste com terminações tipo ponta e garra
Sistemas de Proteção
Apesar de tomarmos todos os cuidados descritos anteriormente,
realizando o aterramento da rede elétrica e certificando-‐se com o multímetro
que a tensões estão dentro dos padrões desejáveis, a energia percorre um longo
caminho até chegar as nossas tomadas e sofre alterações nas suas características.
Mesmo com os sistemas de geração, transmissão e distribuição elétrica sendo
projetados para fornecer uma energia “limpa” e sem interrupções, devido a
enorme quantidade de usuários e equipamentos “pendurados” na rede,
quantidade essa sempre crescente, e somando-‐se ao fato de poderem existir
cabos e/ou transformadores sem a manutenção necessária, podem surgir
problemas elétricos tais como curtos-‐circuitos, blecautes, oscilações, etc. Esses
distúrbios ocorridos na rede elétrica, na grande maioria das vezes
imperceptíveis para nós seres humanos, são grandes vilões para os
equipamentos eletroeletrônicos, estando os mesmos energizados (ligados) ou
somente conectados a uma tomada.
18
Nos computadores, as suas fontes de alimentação recebem a energia de
forma alternada (em tensões de 110V ou 220V) e realiza um tratamento na
mesma passando a fornecê-‐la na forma contínua e em tensões mais baixas (3.3V,
5V e 12V) abastecendo assim seus componentes de forma adequada. Vários
problemas no computador decorrem do fato das fontes estarem preparadas para
receber energia dentro de uma determinada faixa de tensão mas, em decorrência
dos diversos fatores já citados anteriormente, essa energia sofrer variações.
Essas variações que ocorrem na rede elétrica podem acarretar desde um
problema “simples” como o travamento de um computador ou vibrações em um
monitor, ou chegar a causar prejuízos mais sérios como, queimar a própria fonte
ou danificar um componente e/ou periférico. As variações elétricas podem ser de
tipos variados:
• Sobretensão (elevação brusca nos níveis de tensão);
• Subtensão (diminuição brusca dos níveis de tensão);
• Transiente (pequena variação de tensão por um curto período);
• Pico de Tensão (variações elevadas nos níveis de tensão por curtos
períodos);
• Queda de Tensão (falta de energia por tempo prolongado);
Figura 10 -‐ Variações de tensão (sobretensão, subtensão, transiente/pico e queda de tensão)
Afim de protegermos nossos computadores e periféricos desses “perigos”
energéticos, podemos usar uma grande variedade de dispositivos oferecidos.
Vamos aqui abordar os três mais comumente utilizados: filtros de linha,
estabilizadores de tensão e nobreaks.
Filtros de Linha
Os filtros de linha são dispositivos capazes de proteger nossos
equipamentos contra os chamados surtos elétricos (transiente e picos de
19
tensão). Esses surtos normalmente são causados quando outros equipamentos
que consomem grande quantidade de energia são ligados a rede elétrica
(motores elétricos, liquidificadores, condicionadores de ar, etc.) mas também
surgem através das descargas atmosféricas5 (raios). Essa proteção é conseguida
através do uso de varistores e componentes eletromagnéticos (bobinas,
capacitores, etc.).
A grande maioria dos filtros de linha atuais também são capazes de
proteger os equipamentos contra sobretensões e curtos-‐circuitos. Para realizar
essa tarefa, os filtros de linha incorporam um fusível (ou disjuntor) responsável
por cortar a alimentação elétrica nos casos em que a corrente elétrica seja maior
do que a necessária. Outra finalidade básica dos filtros de linha é a expansão da
quantidade de tomadas (opções com 4 e 5 tomadas são as mais comuns).
O maior problema relacionado aos filtros de linha é que, por
apresentarem um mercado muito grande, muitos fabricantes colocam a venda
dispositivos sem os componentes necessários para realizar a proteção adequada
contra os surtos elétricos. Muitos deles apresentam apenas um fusível (atuando
contra os curtos-‐circuitos e sobretensões) e outros nem ao menos isso,
funcionando simplesmente como um extensão de tomadas. Devemos nos
certificar na embalagem do produto quais as proteções estão disponíveis antes
de comprarmos o filtro de linha.
Figura 11 -‐ Modelos de filtros de linha
5 Nesse caso, o filtro de linha deve estar obrigatoriamente aterrado.
20
Estabilizadores de Tensão
Os estabilizadores de tensão são equipamentos projetados com o intuito
de proteger os dispositivos contra as variações bruscas de tensão (sobretensão e
subtensão). Sua funcionalidade é regular a tensão elétrica que chega na rede
(normalmente fornecida pela concessionária de energia elétrica) e fornecê-‐la de
forma constante e dentro da faixa adequada exigida pelos equipamentos (no caso
dos computadores, faixa de tensão exigida pela fonte de alimentação).
O estabilizador trabalha corrigindo as diferenças de tensão que podem
existir na rede elétrica, ou seja, estando a rede com tensão elevada (sobretensão)
ele atua diminuindo-‐a e mantendo dentro de limites aceitáveis; em caso
contrário, estando a rede com tensão baixa (subtensão), o estabilizador realiza a
correção inversa.
Figura 12 -‐ Estabilizadores de tensão
Um fator de grande importância que deve ser analisado quando se faz uso
de um estabilizador de tensão é a sua potência nominal (ex.: 600 VA, 1kVA,
1.5kVA, etc.). Todo equipamento que consome energia elétrica fornece nas suas
21
especificações o quanto de potência é necessário para sua operação. Devemos
então ter o cuidado de que a soma das potências de todos os equipamentos
ligados a um estabilizador não venha a superar a potência nominal do mesmo.
A maioria dos estabilizadores oferecidos hoje no mercado incorporam a
função de filtro de linha, não sendo necessário assim a aquisição dos dois
equipamentos. Além disso, os mais modernos possuem indicadores que exibem
quando eles estão atuando em sobretensão ou subtensão e também quando
estão em sobrecarga.
Nobreaks
Os nobreaks são equipamentos que possuem as mesmas funções de
proteção dos estabilizadores de tensão acrescidos da proteção contra queda de
tensão (falta de energia). Essa proteção adicional provem de uma bateria (ou
conjunto de baterias) que fica sendo carregada quando a rede elétrica esta em
sua operação normal e entra em operação quando o nobreak detecta a queda de
tensão.
O tempo de autonomia de um nobreak, ou seja, o tempo que o mesmo
consegue fornecer energia durante uma queda de tensão, esta diretamente
ligado a capacidade de armazenamento de sua bateria e a quantidade de
potência consumida pelos equipamentos ligados a ele; quanto mais energia for
possível armazenar na bateria e quanto menos potência estiver sendo utilizada,
mais tempo o nobreak ficará em operação. Nobreaks mais simples oferecem
autonomia entre 5-‐15 minutos, sendo esse tempo suficiente pelo menos para
salvar os trabalhos que estão abertos, e o mais potentes chegam a fornecer horas
de autonomia.
Existe uma classificação dos nobreaks, off-‐line e on-‐line, que leva em
consideração o retardo (tempo necessário) para seu acionamento e a forma
como as suas saídas são alimentadas. Nos nobreaks off-‐line, as suas saídas
elétricas são alimentadas diretamente pela rede elétrica sendo a bateria usada
apenas quando ocorre uma queda de tensão; devido a esse fato, existe um
retardo (tipicamente entre 5ms à 20ms) para que a bateria passe a funcionar6. Já
6 Embora esse retardo seja muito pequeno, alguns equipamentos muito sensíveis podem ter seu funcionamento comprometido.
22
nos nobreaks on-‐line, as suas saídas são continuamente alimentadas pela
bateria, eliminando dessa forma qualquer tipo de retardo; por se tratar de uma
alimentação sempre “limpa” (fornecida pela corrente contínua que provem da
bateria) esse tipo de nobreak fornece uma energia 100% estável.
Os indicadores dos nobreaks off-‐line exibem quando o mesmo esta
operando na rede elétrica ou através da bateria (em alguns modelos existe um
indicador de bateria totalmente carregada). Nos modelos mais sofisticados
existem mostradores digitais que exibem informações como a carga da bateria, a
potência atualmente consumida e o tempo de autonomia (este exibido quando
uma queda de energia é detectada). É comum também os nobreaks informarem
o seu tempo de autonomia através de bips (avisos sonoros), quanto maior a
frequência dos avisos, menor é o tempo restante de autonomia, ou seja, mais
perto esta de acabar a carga da bateria.
Figura 13 -‐ Nobreaks
23
Componentes do Computador
Neste capítulo apresentaremos os elementos que compõem um
computador (também conhecido como PC – Personal Computer) típico.
Abordaremos cada componente apenas de maneira superficial, mostrando
apenas sua funcionalidade dentro do sistema, deixando para os próximos
capítulos as especificidades de cada um.
Gabinete
O gabinete, também chamado erroneamente por muitos de CPU, é o
elemento responsável por agrupar todos os demais componentes internos de um
computador. Podemos aqui fazer uma analogia com o chassi de um automóvel
pois, é ele que dá suporte a montagem dos demais componentes.
Figura 14 -‐ Gabinete padrão (visão frontal, lateral/interior e traseira)
Fonte de Alimentação
É o dispositivo responsável pelo fornecimento de energia elétrica para
que os componentes do computador entrem em operação. Transforma a energia
alternada pela qual é alimentada em energia contínua que alimenta os
componentes.
24
Figura 15 -‐ Fontes de alimentação
Placa-‐Mãe
É o componente centralizador de um computador. Tem a finalidade de
conectar e interligar todos os elementos possibilitando que estes se comuniquem
entre si.
Figura 16 -‐ Placa-‐mãe (frente e verso)
Microprocessador
Referido no dia-‐a-‐dia da área de informática apenas pelo termo
processador, é o elemento que podemos chamar de cérebro do computador, já
que, é o responsável pelo tratamento de todas as informações que trafegam
dentro do computador.
25
Figura 17 -‐ Microprocessador, visão frente e verso, geração atual (cima) e anterior
Memória
Largamente chamada de memória RAM, ou somente RAM, é o
componente responsável por armazenar as principais informações dos
programas que estão em execução no computador.
Figura 18 -‐ Memórias RAM
26
Drives
São dispositivos que possuem a função de ler e/ou gravar informações
nas mídias externas (Disquetes, CDs, DVDs, etc.).
Figura 19 -‐ Drives de mídia externa CD/DVD (cima) e disquete
Disco Rígido
Conhecido por diversas nomenclaturas como HD (do inglês Hard Disk),
Winchester, memória de massa dentre outros, é o dispositivo onde ficam
armazenados a maior parte dos dados, tanto de programas quanto do usuário, do
computador.
Figura 20 -‐ Discos rígidos
27
Placas de Vídeo, Rede e Som
A placa de vídeo tem por finalidade gerar as imagens que serão
visualizadas pelo usuário do computador. A placa de rede é o componente que
possibilita a troca de dados entre computadores que estejam numa mesma rede;
é ela também que realiza a conexão do computador com a internet. A placa de
som trabalha emitindo sons (saída de áudio) gerados no computador como
também pode funcionar enviando sons (entrada de áudio) para serem
processados pelo computador.
Figura 21 -‐ Placa de vídeo, som e rede
Na maioria do computadores atuais essas três placas já são parte
integrantes da placa-‐mãe, não necessitando que as mesmas sejam adquiridas
separadamente (a não ser nos casos onde se deseja uma placa de melhor
qualidade e/ou desempenho).
Dispositivos de E/S
São os dispositivos com os quais interagimos com o computador, seja
enviando informações ou recebendo informações do mesmo. Os dispositivos de
entrada (os que enviam informações para o computador) mais utilizados são o
mouse e o teclado. Monitores de vídeo e impressoras são os dispositivos de saída
(recebem informações do computador) mais comuns. Existem também
dispositivos que são tanto de entrada como de saída, por exemplo as telas
touchscreen dos smartphones e tablets.
28
Figura 22 -‐ Teclado e mouse
Figura 23 -‐ Monitores CRT e LCD/LED
Figura 24 -‐ Impressoras jato de tinta e laser
29
Gabinete
Podemos dizer que o gabinete é a “casa” dos componentes de um
computador, é nele que eles ficam alojados. A forma mais comum que um
gabinete apresenta é de uma caixa metálica retangular (com alguns de seus
elementos sendo feitos em plástico duro), mas, hoje em dia, encontramos
computadores montados em gabinetes de acrílico, papelão ou madeira (esses
com um forte apelo ecológico) e até mesmo sistemas que dispensam sua
utilização.
Figura 25 -‐ Gabinetes em papelão e acrílico
Partes do Gabinete
De um modo geral, podemos identificar três partes principais num
gabinete: o seu interior, a sua parte traseira e sua parte frontal.
Interior
O interior de um gabinete possui locais adequados e específicos para a
acomodação de cada componente do computador (placa-‐mãe, fonte de
alimentação, disco rígido, drives, etc.) e deve também ter espaço hábil para a
instalação e manuseamento das placas e cabos que serão conectados à placa-‐
mãe. Não menos importante, a parte interna de um gabinete também deve se
preocupar com a circulação do ar dentro dele para que os componentes
obtenham um refrigeração adequada e não apresentem problemas derivados de
superaquecimento.
30
Figura 26 -‐ Gabinete (visão interior)
Traseira
A traseira é a parte onde encontramos a maioria das interfaces de
interligação com os periféricos e também a conexão dos cabos (de alimentação
elétrica, de rede, etc.) que chegam ao computador. Normalmente apresenta três
seções: uma para encaixe da fonte de alimentação (na qual conectamos o cabo de
alimentação elétrica), outra onde as interfaces que já vem acopladas à placa-‐mãe
ficam acessíveis e a última composta por várias ranhuras que tornam acessível
a(s) interface(s) de cada placa de expansão que for conectada à placa-‐mãe. É
nessa parte que conectamos dispositivos como teclado, mouse, monitor de vídeo
e impressora para podermos interagir com o computador.
Figura 27 -‐ Gabinete (visão traseira) com e sem componentes
31
Frontal
Na parte frontal de um gabinete ficam localizados os botões para
ligar/desligar e reiniciar o computador e também luzes (ou mostradores) que
indicam o status de algum componente ou do sistema em geral. Os gabinetes
mais novos apresentam algumas interfaces mais comumente utilizadas no dia-‐a-‐
dia (como saída de áudio para fones de ouvido e portas USB) facilitando assim a
vida do usuário de forma à evitar que este tenha que se deslocar para realizar a
conexão na parte traseira. O acesso aos drives de mídias externa também se dá
por esta parte.
Figura 28 -‐ Gabinete (visão frontal)
Formatos e Padrões
Existem várias formas de classificarmos um gabinete, contudo, vamos nos
ater as mais comumente utilizadas: a classificação com relação ao seu formato
e/ou posicionamento e a relativa ao padrão dos componentes utilizados na
montagem do computador.
Torre e Desktop
Gabinetes Torre (ou “em pé”) são aqueles que ficam posicionados
verticalmente em relação ao móvel em que estão acomodados. É o tipo mais
encontrado e utilizado quando se deseja montar um computador do “zero” e será
nosso objeto de estudo no decorrer do curso. Por apresentarem quase sempre
um tamanho relativamente grande, apresentam vantagens em quesitos como
32
refrigeração dos componentes e manutenção/expansão de componentes
internos.
Os modelos Desktop (ou deitados) são os que ficam horizontalmente
acomodados. Possuem a grande vantagem de “economizarem” espaço pois, além
de se apresentarem em dimensões menores que os gabinetes torre, quase
sempre acomodam o monitor em cima de si. Devido as suas reduzidas
dimensões, as questões de refrigeração e manuseamento interno são um pouco
afetadas.
Figura 29 -‐ Gabinetes desktop
AT, ATX e BTX
O gabinete deve enquadrar a placa-‐mãe de forma a possibilitar que os
demais componentes se conectem a ela (seja através de seus encaixes ou dos
cabos de conexão). Devido a grande importância da placa-‐mãe num computador,
os gabinetes são construídos de acordo com o padrão de placa-‐mãe que irão
comportar. Esses padrões de placa-‐mãe levam em consideração aspectos como
as suas dimensões, o posicionamento de componentes eletrônicos, a localização
de encaixes e interfaces, entre outros. Os padrões mais difundidos são o AT
(Advanced Technology), ATX (Advanced Technology Extended) e BTX
(Balanced Technology Extended).
33
Figura 30 -‐ Placas-‐mãe padrão AT, ATX e BTX
Outro componente de fundamental importância no computador e que
também segue esse tipo de padrão é a fonte de alimentação. Além do parâmetro
das dimensões, as fontes utilizam o seu formato, seus conectores e as tensões
fornecidas para se classificarem em um desses padrões.
Figura 31 -‐ Fontes de alimentação padrão AT, ATX e BTX
Atualmente o padrão ATX, tanto para placa-‐mãe e fonte quanto para
gabinete, é o mais aceito e utilizado comercialmente, por isso, serão nosso foco
de estudo durante o curso.
Figura 32 -‐ Gabinete AT (visão frontal, interior e traseira)
34
Figura 33 -‐ Gabinete BTX
Small Form Factor
Além das classificações que abordamos anteriormente, existe um formato
diferente que não obedece nenhuma regra ou padrão, é o formato SFF (Small
Form Factor). Esse tipo de gabinete visa a atender pura e simplesmente as
exigências do seu fabricante. Constantemente utilizam componentes
proprietários (que são aqueles fabricados e fornecidos apenas pelos seus
“donos”) o que dificulta bastante a sua manutenção.
Apesar dos pontos contras apresentados por esse tipo de formato, ele tem
se popularizado rapidamente basicamente em função de dois pontos: seu grande
apelo estético e, principalmente, suas dimensões reduzidas, propiciando que os
mesmos sejam instalados nos locais mais difíceis e inusitados.
Figura 34 -‐ Gabinetes SFF
35
Refrigeração
Um gabinete bem projetado dá grande importância ao aspecto da
refrigeração de seus componentes. Nenhum gabinete convencional é
hermeticamente fechado (sempre existem brechas e/ou furos por onde o ar pode
circular). Muitos gabinetes fazem uso de ventoinhas (coolers) e/ou dutos para
exaurir o ar quente que se acumula internamente devido ao aquecimento dos
componentes.
Figura 35 -‐ Cooler (ventoinha) e duto para gabinete
O padrão BTX, de uma forma geral, se preocupou bastante com o aspecto
da refrigeração, tendo em vista que na época da sua criação os componentes
estavam ficando cada vez mais potentes e, por sua vez, gerando mais calor. Para
isso, placas-‐mães, fontes e gabinetes passaram a ser projetados de forma a
apresentarem uma melhor dissipação térmica. Para obter esses resultados, os
projetistas utilizaram-‐se de artifícios como realocar componentes eletrônicos,
mudar a posição dos componentes dentro do gabinete, utilizar componentes que
demandassem menos potência, entre outras modificações.
Painel Frontal
Já vimos que a parte frontal de um gabinete apresenta basicamente duas
seções: uma para acesso aos drives de mídia externa e a outra composta por
botões, indicadores e algumas interfaces de uso mais cotidiano. A esta última
seção damos o nome especial de Front Panel (Painel Frontal).
A maioria dos painéis frontais dos gabinetes atuais são compostos dos
seguintes elementos:
36
• Botão power : utilizado para ligar e desligar o computador;
• Botão reset : usado para reiniciar o computador quando o mesmo
apresenta algum congelamento ou comportamento estranho;
• Led power : indicador que o computador esta ligado;
• Led HDD : indica que existe atividade, seja de leitura ou escrita, no
disco rígido;
• Saída de áudio : para conexão de fones de ouvido ou caixas de som
externas;
• Entrada de áudio : para conexão de microfones;
• Portas USB : para conectar diversos equipamentos que utilizam esse
tipo de conexão (webcams, pen-‐drives, etc.);
A comunicação desses elementos com o computador se dá através de
cabos, para cada elemento, que são conectados à encaixes específicos na placa-‐
mãe. Esses cabos servem tanto para o envio de impulsos elétricos, quanto para a
transmissão de dados, como também para a alimentação elétrica (envio de
tensões) de dispositivos. Não existe padrão para o posicionamento das conexões
desses cabos na placa-‐mãe, por isso, deve-‐se sempre consultar o manual do
fabricante para realizarmos as conexões de forma correta.
Figura 36 -‐ Painel frontal e cabos conectores
37
Fontes de Alimentação
No decorrer do curso já vimos que a fonte de alimentação exerce um
papel de fundamental importância dentro de um sistema computacional. É dela a
responsabilidade de fornecer energia elétrica, limpa e estabilizada, para todos os
componentes do computador. A fonte de alimentação atua principalmente
convertendo a corrente alternada (AC – Alternating Current), proveniente, de
maneira geral, das usinas, geradores e transformadores, em corrente contínua
(DC – Direct Current), que é uma energia livre de “impurezas” e mais apropriada
para uso em componentes eletrônicos, como é o caso do computador, que são
bastante sensíveis à variações elétricas. Dessa forma, a energia que é entregue
nos nossos prédios e residências pela companhia de energia elétrica em tensões
de maior voltagem, no Brasil oferecida em 110V ou 220V, é transformada em
tensões mais baixas (por exemplo +12V, +5V e +3.3V) que alimentam os
componentes do PC.
As fontes de alimentação utilizadas nos computadores são do tipo
chaveada (ou comutada). Esse tipo de fonte trabalha passando a corrente elétrica
em vários estágios de retificação e filtragem, através de capacitores e indutores,
e atuação de um regulador chaveado, que é um circuito controlador interno que
tem a função de chavear (comutar) a corrente, ligando e desligando rapidamente
(na ordem de milhões de vezes por segundo), de forma que uma tensão de saída
se mantenha estabilizada. Existe outro tipo de fonte, as lineares, que utilizam
basicamente transformadores, diodos retificadores e filtros para conseguir
manter a tensão estabilizada. As fontes lineares são circuitos bem mais simples
que as fontes chaveadas, mas, não são adequadas para serem usadas nos
computadores pois apresentam as seguintes características (em comparação
com as fontes chaveadas):
• Utilizam componentes maiores e mais pesados;
• Possuem menor eficiência (conceito que será explicado mais adiante)
e, devido a este fator, dissipam mais calor;
O grande problema que as fontes chaveadas apresentam é a geração de
ruído (interferência) pelo fato do chaveamento que ocorre em altas frequências
38
(em torno de 60 kHz). Para evitar essas interferências, as fontes chaveadas são
projetadas de forma a minimizar a sua existência, fazem a sua eliminação por
meio de filtros ou ainda utilizam-‐se de blindagem para contê-‐las.
Figura 37 -‐ Fontes lineares
Padrões No capítulo anterior, onde tratamos dos gabinetes, comentamos também
que as fontes de alimentação também seguem padrões, sendo os mais
conhecidos os AT, ATX e BTX. Os padrões ATX e BTX diferem em poucos quesitos
práticos (alguns de seus conectores e o seu projeto eletrônico) e por isso, vamos
deixar de lado o padrão BTX, pois, ao nível de aprofundamento de conteúdo que
chegaremos nesse curso, o que abordaremos para o padrão ATX é aplicado
totalmente para o BTX.
Fonte AT
É um modelo de fonte mais simples e predominou nos computadores até
o final da década de 90. Nos dias atuais são encontradas apenas nos PC mais
antigos mas ainda são utilizadas em vários projetos eletrônicos (principalmente
como fonte de bancada em laboratórios de eletrônica).
As fontes de computadores, de uma maneira geral, apresentam vários
conjuntos de cabos coloridos saindo da sua carcaça. Cada cor possui um
significado (normalmente um valor de tensão) que obedece um padrão. Nas
fontes AT temos o seguinte padrão:
39
Nome Cor do Cabo Descrição
GND Preto 0V (Terra)
+5V Vermelho +5V DC
-‐5V Branco -‐5V DC
+12V Amarelo +12V DC
-‐12V Azul -‐12V DC
PG Laranja “Power Good”
Tabela 1 -‐ Padrão de cores nas fontes AT
O cabo laranja (Power Good) é um recurso, diga-‐se de passagem de
grande valia, presente nas fontes AT que possui a função de indicar que a fonte
esta apresentando um funcionamento correto, ou seja, que todas as suas tensões
estão estabilizadas (quando isso ocorre uma tensão de +5V fica presente neste
cabo). Quando esse sinal não existe ou é interrompido, geralmente o computador
é automaticamente desligado já que, continuar operando com voltagens
alteradas pode danificar componentes de forma permanente.
Esses conjuntos de cabos que partem da fonte possuem em suas
terminações conectores que são ligados aos componentes do computador. Os
principais conectores presentes nas fontes AT são:
Conector AT
Principal conector da fonte possuindo todas as saídas fornecidas pela
fonte. É composto dos dois maiores conectores, cada um com 6 pinos
(totalizando 12 pinos), presentes na fonte e é destinado a alimentação da placa-‐
mãe e dos demais componentes que forem conectados a ela.
Figura 38 -‐ Conector AT
40
Conector IDE/PATA
É o conector que aparece em maior abundância nas fontes AT. Possui 4
pinos, dois do tipo GND, um de +5V e o outro de +12V. São utilizados para
alimentar discos rígidos e drives de mídia externa (CD e DVD). Utiliza o terminal
de conexão do tipo Molex.
Figura 39 -‐ Conector IDE/PATA
Conector Floppy
Aparece em uma ou duas unidades e são utilizados na alimentação dos
antigos drives de disquete. Possui pinagem parecida com a do conector
IDE/PATA, apenas invertesse a posição dos pinos de +5V e +12V. Seu terminal de
conexão é do tipo Berg.
Figura 40 -‐ Conector floppy
Fonte ATX
As fontes ATX são uma evolução das fontes AT que trouxe diversas
melhoras e corrigiu erros de projeto. O principal problema corrigido foi a
mudança do conector principal, que, como vimos anteriormente, era formado
por dois conectores idênticos na fonte AT e eram facilmente invertidos pelos
41
usuários causando danos na placa-‐mãe; no padrão ATX, esse conector passou a
ser uma peça única e em um formato que impossibilita ser conectado de forma
errônea. De melhorias podemos citar uma melhor ventilação e uma maior
proteção contra curtos-‐circuitos. Mas a mudança mais notável para o usuário
final foi a possibilidade de desligamento da fonte via software (mais
precisamente pelo sistema operacional), fazendo com que não necessitemos
pressionar o botão de power para desligar o computador.
Da mesma forma que nas fontes AT, os cabos coloridos provenientes da
fonte obedecem um padrão. Segue abaixo o esquema de cores:
Nome Cor do Cabo Descrição GND Preto 0V (Terra)
+5V Vermelho +5V DC
-‐5V Branco -‐5V DC
+12V Amarelo +12V DC
-‐12V Azul -‐12V DC
+3.3V Laranja +3.3V DC
+5VSB Roxo +5V DC "Stand-‐By"
PWR_OK Cinza "Power OK"
PS_ON Verde "Power Supply On"
Tabela 2 -‐ Padrão de cores nas fontes ATX
Analisando o esquema de cores do padrão ATX percebemos facilmente as
mudanças ocorridas. Primeiramente notamos a presença de um novo valor de
saída de tensão, +3.3V, para alimentar componentes que exigem tensões
menores. Foram adicionados também as saídas +5VSB, PWR_OK e PS_ON. A saída
PWR_OK (Power OK) possui a mesma função, e funcionamento, da saída “Power
Good” presentes nas fontes AT.
O pino PS_ON é o responsável pela seleção do estado de funcionamento da
fonte. Quando esse pino é aterrado (ligado ao GND) a fonte é acionada, ou seja,
suas saídas estarão fornecendo tensão. Essa ligação pode ser feita com um
simples fio para efeito de testes. É através desse pino que recursos como o Soft
42
On/Off (ativação e desativação via software) e o Wake-‐on-‐LAN (ativação e
desativação via placa de rede) são implementados. Estando esse pino aberto
(desconectado do GND) a fonte entra em estado de espera (stand-‐by).
Operando no modo stand-‐by, a única saída da fonte que fica ativa é a do
pino +5VSB. Esse recurso propicia ao computador entrar em modo de suspensão
onde a maioria dos componentes são desligados (por exemplo discos rígidos e
placa de vídeo) e só os principais ficam ativos (como a memória RAM). Um
detalhe interessante que devemos lembrar é que o pino PS_ON depende
diretamente do pino +5VSB para funcionar, pois, quando o computador esta em
uso, a placa-‐mãe mantêm um nível de tensão baixo para ele, mas, quando o PC
esta desligado, é o +5VSB que o mantêm em nível alto.
Além dos conectores Molex IDE e Floppy, que já vimos nas fontes AT, as
fontes ATX apresentam os seguintes conectores:
Conector ATX É o conector que vai diretamente na placa-‐mãe. Da mesma forma que acontece
nas fontes AT, possui todas as saídas presentes na fonte ATX. Formado por uma
peça única com 20 pinos, na versão 1.x, e 24 pinos, na versão 2.x. Nas fontes
fabricadas após o lançamento da versão 2.x, geralmente, esse conector é formado
por duas partes que se encaixam, uma com 20 pinos e a outra com 4 pinos
(referenciada como 20+4), para manter a compatibilidade com as placas-‐mãe do
padrão 1.x. Seus terminais de conexão são do tipo Mini-‐Fit Jr.
Figura 41 -‐ Conector ATX (20, 24 e 20+4 pinos)
43
Conector Auxiliar
Conector suplementar de 6 pinos que fornece uma alimentação adicional,
na linha de +5V e +3.3V, para a placa-‐mãe. Usado para fornecer energia aos
processadores que necessitavam de mais potência que a fornecida no conector
principal. Esse conector é presente apenas no padrão 1.x sendo substituído pelos
4 pinos adicionais que foram incorporados ao conector principal no padrão 2.x. O
seu terminal é igual ao do conector AT.
Figura 42 -‐ Conector auxiliar
Conector P4
Formado por 4 pinos da linha de +12V com terminais do tipo Mini-‐Fit Jr.
Fornece energia extra para processadores mais potentes. Recebeu este nome
porque foi primeiramente usado na família de processadores Pentium 4; é
também conhecido como ATX12V. Existe uma variação desse conector com 8
pinos, ou 4+4 pinos, conhecida por EPS12V, que são usados em computadores
servidores que necessitam de processadores ainda mais potentes.
Figura 43 -‐ Conectores P4, EPS12V (8 pinos) e EPS12V (4+4 pinos)
44
Conector SATA
Vieram para substituir os conectores IDE/PATA na alimentação dos
discos rígidos e drives de mídia externa. Possuem 15 pinos com as linhas de
+3.3V, +5V e +12V. Dentre as melhorias desse conector destaca-‐se a
possibilidade de hotplugging (ou hotswapping) que é a capacidade da troca de
componentes sem a necessidade de desligamento do sistema.
Figura 44 -‐ Conector SATA
Conector P6-‐P8 ou PCIe
Usado para fornecer energia para placas gráficas de grande poder de
processamento que necessitam de mais potência do que a fornecida pelo seu
barramento. É encontrado em versões de 6 e 8 pinos ou uma versão de 6+2
pinos. A versão de 8 pinos é bem parecida com o conector EPS12V mas difere
quanto a polaridade invertida e a substituição de um pino de +12V por um
neutro; além disso, os seus terminais (do tipo Mini-‐Fit Jr.) são diferentes para
evitar possíveis trocas.
Figura 45 -‐ Conector PCIe (6, 8 e 6+2 pinos)
45
Fatores de Escolha
Diversos fatores devem ser levados em consideração no momento que
vamos escolher a fonte que irá alimentar nosso computador. Vamos aqui
conhecer os principais: potência, potência real, eficiência e PFC.
Potência
Da mesma forma quando vamos escolher um estabilizador de tensão ou
nobreak para nosso sistema computacional nos preocupamos em relação a soma
das potências dos equipamentos que serão ligados a ele, temos que tomar a
mesma precaução em relação as fontes de alimentação. Nas fontes de
alimentação esse aspecto deve ser o de maior relevância na hora da sua escolha,
pois, se utilizarmos uma fonte de potência mais baixa do que a exigida pelo
computador vários problemas poderão acontecer (por exemplo desligamento
repentino ou reinicializações constantes). Sempre que possível, é interessante
escolhermos uma fonte que apresente uma “folga” de potência para evitarmos
problemas e também pensando em futuros upgrades.
A tabela abaixo pode ser usada para estimarmos a potência necessária7
quando vamos montar um computador:
Item Consumo Placa-‐mãe 20 W -‐ 100 W
Processador econômico 30 W -‐ 50 W
Processador mediano 50 W -‐ 80 W
Processador top de linha 80 W -‐ 110 W
Módulos de memória RAM 2 W -‐ 10 W
Drives (CD, DVD ou Blue-‐Ray) e HDs 25 W -‐ 35 W
Placa de vídeo 3D 35 W -‐ 110 W
Placas de som e rede 5 W -‐ 10 W
Ventoinhas (Coolers) 5 W -‐ 10 W
Teclado e mouse 1 W -‐ 15 W
Tabela 3 -‐ Consumo de potência
7 Para valores mais precisos devemos consultar às especificações de cada componente.
46
Potência Real
Um grande problema que enfrentamos quando vamos escolher as fontes
de alimentação é devido aos fabricantes informarem uma potência maior do que
a fornecida em situações reais (normalmente são fontes de baixo custo e os
valores informados foram obtidos em testes laboratoriais em situações
especiais). É importante então, na hora da escolha da fonte, nos certificarmos da
potência real da mesma8.
Em uma situação normal, a maneira para calcularmos a potência de uma
determinada fonte seria pegarmos, para cada linha de saída, o valor da sua
voltagem e multiplicarmos pelo valor da sua corrente (exemplo: 12V x 30A =
150W) e realizar a soma de todas. Porém, não podemos simplesmente realizar
esse cálculo para obtermos o valor da potência de uma fonte de alimentação de
computador. Nesse tipo de equipamento as potências nas linhas de +3.3V e +5V
são combinadas bem como as da linha de +12V (existem modelos em que as
linhas de -‐12V e +5VSB também são combinadas). O cálculo correto é a soma das
potências combinadas.
Figura 46 -‐ Exemplo de rótulo de uma fonte de alimentação
8 Em geral fontes de marcas mais consagradas (e por consequência mais caras) oferecem a potência real.
47
Por exemplo: no rótulo de uma fonte como o mostrado acima o fabricante
informa uma potência de 400W, mas, se realizarmos o cálculo das potências
combinadas (145W + 138W + 2.5W + 6W + 7.5W) vamos obter uma potência
real de 299W. Em fontes cujo os rótulos não exibem o valor das potências
combinadas, podemos usar o maior valor de potência das combinações para
termos um ideia do seu valor real.
Os componentes que mais consomem energia são a placa-‐mãe, o
microprocessador, os drives de mídia externa e discos rígidos. Nos dias atuais a
grande vilã das fontes de alimentação são as poderosas placas gráficas (placas de
vídeo)
Eficiência
A eficiência de uma fonte de alimentação é uma medida percentual que
nos indica o quanto de energia alternada (tipo de energia elétrica que alimenta
as fontes) é, de fato, transformado em energia contínua pela mesma. Um exemplo
pode nos esclarecer melhor: se temos um computador que esta exigindo 275 W
mas nossa fonte de alimentação esta gastando 300 W, temos aqui uma eficiência
de 75%; os 25 W que sobram são eliminados por dissipação térmica (calor).
Com base nisso, quanto mais eficiente for uma fonte menos calor é
dissipado e menor é o desperdício de energia. Uma fonte com boa eficiência além
de reduzir os custos com energia também ajudam no quesito de refrigeração do
computador já que gera menos calor. Fontes de qualidade apresentam uma
eficiência maior ou igual a 80%; valores até 70% são aceitáveis, abaixo disso, o
seu uso não é recomendado.
PFC
Para que as fontes de energia consigam bons valores de eficiência elas
necessitam controlar seu fator de potência. Fator de potência pode ser entendido
como a razão entre a potência ativa, potência que efetivamente vai ser
transformada em trabalho pela fonte, e a potência reativa, que é gasta pelos seus
componentes. Esse fator possui uma medida sem dimensão entre 0 e 1; quanto
mais próximo de 1 melhor, ou seja, mais eficiente será a fonte.
48
Métodos que otimizam a distribuição de energia são utilizados para
garantir fatores de potência dentro dos limites aceitáveis9. O PFC (da sigla em
inglês Power Factor Correction), ou Fator de Correção de Potência, é o método
utilizado nas fontes de alimentação dos computadores. Existem dois tipos de
mecanismos usados no PFC: o ativo e o passivo. Fontes com PFC ativo
conseguem um fator de potência na casa de 0,95; as que utilizam PFC passivo
ficam em torno de 0,8 com algumas, de baixa qualidade, chegando a 0,6. Além
das vantagens que já vimos, fontes com PFC ativo podem oferecer um recurso
muito interessante: a seleção automática de voltagem (conhecidas no Brasil
como fontes bivolt).
9 As legislações vigentes na maioria dos países estabelece o valor de 0,92 como fator de potência mínimo nas instalações elétricas.
49
Placa-‐mãe
A placa-‐mãe (advindo do inglês motherboard), também chamada de
placa principal (do inglês mainboard), é o elemento centralizador do
computador. É ela que é responsável pela alimentação elétrica das partes
diretamente conectados à ela (alguns componentes são alimentados diretamente
pela fonte), mas principalmente, é sua função realizar a intercomunicação de
todos os componentes, ou seja, é ela que torna possível que as informações que
transitam no computador sejam trocadas entre os diversos elementos que
compõe o mesmo. Para que esses componentes se comuniquem, eles precisam
estar em contato com a placa-‐mãe de alguma forma, seja através de cabos ou
conexões, ou mesmo, já vindo de forma integrada (soldados) na mesma.
Quando decidimos montar um computador, comprando seus
componentes individualmente, normalmente escolhemos primeiramente o
modelo de microprocessador que iremos utilizar (por ser ele o componente mais
importante do computador e principal responsável pelo desempenho do
sistema). Com isso, a placa-‐mãe que iremos escolher para o nosso PC deverá ser
compatível com o tipo de microprocessador escolhido. A partir daí, os demais
componentes que iremos utilizar na montagem, como memórias, discos rígidos e
placas de vídeo, terão que ser obrigatoriamente compatíveis com a placa-‐mãe
escolhida, ou seja, deverá existir na placa-‐mãe uma conexão ou interface
apropriada para aquele componente.
Padrão ATX
Como já foi comentado em capítulo anterior, as placas-‐mãe são
construídas seguindo algum tipo de padrão (AT, ATX, BTX, etc.). Para o nosso
curso, vamos nos concentrar no padrão ATX (atualmente o mais difundido).
Esse padrão10 foi uma evolução do padrão AT e buscou solucionar alguns
problemas que eram encontrados no antigo padrão abordando quatro grande
áreas de melhorias: redução dos custos de fabricação, melhor apoio para os
dispositivos de E/S (atuais e futuros), maior usabilidade e melhor suporte para
10 Criado pela fabricante de tecnologias, mundialmente conhecida, Intel no ano de 1995.
50
os atuais e futuros microprocessadores. Como exemplo de melhorias podemos
citar:
• Os componentes eletrônicos foram melhor organizados para permitir
uma melhor dissipação térmica;
• O soquete do processador foi deslocado para longe dos conectores das
placas de expansão para não atrapalhar as suas instalações;
• Remanejamento das ranhuras de conexão dos módulos de memória RAM
para uma área onde a sua instalação não fique prejudicada pela fonte de
alimentação;
• Melhor gerenciamento de energia.
Apesar dessa mudança no posicionamento de alguns componentes no
padrão ATX, nem todos têm sua posição fixada na placa-‐mãe (ficando a cargo do
fabricante a escolha do local mais adequado), mas algumas áreas, como as partes
onde ficam os elementos integrados (diretamente soldados) e as conexões para
as placas de expansão, possuem locais e tamanhos máximos específicos.
Figura 47 -‐ Placa-‐mãe ATX
51
Conector ATX
Como já foi mencionado quando abordamos o tema fonte de alimentação,
existe um conector na placa-‐mãe, o ATX, que serve para que a fonte seja
interligada à placa-‐mãe. É a partir desse conector que a placa-‐mãe retira energia
para seu próprio funcionamento e também para alimentar os demais
componentes diretamente conectados à ela.
Figura 48 -‐ Conector ATX
On-‐board e Off-‐board
Nos primeiros modelos de placa-‐mãe que surgiram, apenas os elementos
computacionais essenciais para o funcionamento do sistema vinham integrados
nela. Com o desenvolvimento e popularização dos computadores, elementos
como controladores de disco, vídeo, som, rede, etc., que antigamente eram
interligados através das placas de expansão, passaram a ser usados com maior
frequência e acabaram por virem a ser integrados na placa-‐mãe.
Devido a este fato, surgiram na informática os termos on-‐board e off-‐
board. O termo on-‐board passou a se referir às placas-‐mãe (ou de uma forma
mais abrangente ao próprio computador) que traziam a maioria dos elementos
integrados (algumas não disponibilizando nenhuma conexão para placas de
expansão). Já o termo off-‐board serve para classificar as placas-‐mães que
possuem integrados somente os elementos principais e deixam a cargo das
placas de expansão a conexão dos demais.
As placas-‐mãe on-‐board apresentam a grande vantagem de possuírem
um menor custo, pois, como os componentes são comprados juntos e produzidos
52
em larga escala, seus valores passam a ser mais baixos. Já em relação ao
desempenho, de uma forma geral, essas placas deixam a desejar.
Figura 49 -‐ Placa-‐mãe on-‐board Nos computadores off-‐board, temos uma maior flexibilidade para
montarmos um computador de acordo com as características voltadas ao
trabalho que ele ira desempenhar, já que, podemos escolher cada componente
individualmente avaliando suas especificações e características.
Figura 50 -‐ Placa-‐mãe off-‐board
53
PCB
O componente mais básico da placa-‐mãe, e talvez por isso nem sendo
considerado por muitos como realmente um componente, é a sua PCB (sigla do
inglês Printed Circuit Board, em português: Placa de Circuito Impresso). Placas
de circuito impresso são usados nos mais diversos aparelhos eletrônicos
(exemplos: celulares, tvs, dvds, etc.). São nessas placas que existem as trilhas de
comunicação por onde os sinais elétricos viajam entre os vários componentes
existentes.
Figura 51 -‐ Exemplos de PCB
É na PCB da placa-‐mãe que os diversos outros componentes que a
constituem são soldados. Apesar de possuir apenas duas faces visíveis, a PCB de
uma placa-‐mãe não é formada por apenas uma placa, mas sim, por várias placas,
uma sobreposta à outra, formando uma espécie de sanduíche de placas. A PCB de
uma placa-‐mãe comum é geralmente composta por no mínimo 4 placas
(podendo chegar até 10) o que nos dá um total de 8 faces (chegando até 20 faces
nos modelos com 10 placas). Cada placa dessa possui algumas das trilhas de
comunicação existentes na placa-‐mãe e devem ser unidas em pontos de solda
estrategicamente posicionados para que elas possam se comunicar entre si e
prover a comunicação entre os elementos que compõe a placa-‐mãe.
54
Figura 52 -‐ PCB de uma placa-‐mãe
Circuito Regulador de Tensão
As fontes de alimentação ATX fornecem ao computador tensões nas linhas
de +3.3V, ±5V e ±12V, mas, nem todos os seus elementos trabalham diretamente
com essas tensões. Por isso, na placa-‐mãe existe um circuito regulador de tensão
que é responsável por receber as tensões provenientes da fonte e convertê-‐las
nas tensões requeridas por esses elementos. As peças que formam o circuito
regulador de tensão ficam espalhadas pela placa-‐mãe mas, a grande maioria se
concentra na região próxima ao local de encaixe do microprocessador.
Figura 53 -‐ Circuitos reguladores de tensão
55
Vamos identificar os principais componentes encontrados no circuito
regulador de tensão e entender, de forma superficial, a sua utilidade.
Bobinas
São componentes que armazenam energia elétrica sob a forma de campo
magnético. As bobinas podem ser fabricadas usando dois materiais: ferro ou
ferrite. Bobinas construídas de ferrite são melhores por oferecerem uma menor
perda de energia, produzirem menos interferência eletromagnética e possuírem
melhor resistência à ferrugem.
Figura 54 -‐ Bobinas de ferrite
Figura 55 -‐ Bobinas de ferro
Capacitores
Os capacitores (ou condensadores) são componentes que armazenam
energia elétrica na forma de campo elétrico. Se apresentam no tipo eletrolítico
(tradicional) ou sólido de alumínio.
56
Figura 56 -‐ Capacitores eletrolíticos (esquerda) e sólidos
Devido à algum problema elétrico, como um pico de tensão, ou por
chegarem ao final da sua vida útil, os capacitores podem estourar, estufar, vazar
ou apenas parar de funcionar. Uma placa-‐mãe que apresente capacitores
defeituosos pode trazer problemas para o computador como reinícios aleatórios,
travamentos ou até mesmo nem conseguir entrar em operação. Os modelos de
capacitores de sólido de alumínio são menos propensos à apresentarem esses
problemas.
Figura 57 -‐ Capacitores estourados
Transistores
Componentes eletrônicos feito de materiais semicondutores
(normalmente silício) usados para amplificação e trocas de sinais eletrônicos e
energia. Possuem pelo menos três terminais usados para conexão com circuitos
externos. Seu uso consiste na aplicação de uma tensão ou voltagem a um par de
57
terminais (entrada) que será modificada e estará presente no outro par de
terminais (saída).
Figura 58 -‐ Transistores
Jumpers e Dipswitches
Tanto as placa-‐mães mais modernas quanto as mais antigas possibilitam
que algumas configurações, a nível de hardware, sejam realizadas nelas. Essas
configurações podem ser realizadas através de dois mecanismos: jumpers e
dipswitches.
Jumpers
Os jumpers (também chamados de straps) são pequenas peças plásticas,
medindo alguns poucos milímetros, que possuem dois contatos internamente
conectados. Esses jumpers são encaixados em pinos metálicos presentes na
placa-‐mãe realizando assim a conexão entre eles (outros componentes como
discos rígidos e placas de vídeo também fazem uso de jumpers). Existem,
basicamente, duas variações desses pinos: o par e o trio de pinos.
Figura 59 -‐ Jumpers
58
Nos pares, duas opções de configuração são possíveis: sem jumper ou
com jumper (também conhecidas como aberto/fechado ou open/closed). Na
variação de três pinos temos três configurações possíveis: pinos 1-‐2, pinos 2-‐3 e
sem jumper.
Figura 60 -‐ Configuração de jumpers
Dipswitches
Os dipswitches são conjuntos de chaves numeradas, dispostas em uma
única peça lado-‐à-‐lado, onde cada uma delas pode ser colocada para cima ou
para baixo. Dessa forma, suas possíveis configurações depende da sua
quantidade de chaves, fornecendo um número de possibilidades igual a 2
elevado ao número de chaves (exemplo: um dipswitch com três chaves oferece 8
possíveis combinações). Cada combinação dessa pode ou não representar um
configuração no hardware; tanto para os dipswitches como para os jumpers
devemos consultar o manual do hardware para sabermos o que cada posição ou
combinação representa em termos da sua configuração.
Figura 61 -‐ Dipswitches
59
BOOT
O boot é o processo pelo qual o computador se inicia até o carregamento
do sistema operacional. Até que o processo de boot seja finalizado, ou seja, até
que o controle do microprocessador passe a ser responsabilidade do sistema
operacional, o computador necessita executar diversos programas e passar por
algumas etapas. Vamos conhecer os principais programas e etapas que compõem
o processo de boot: BIOS, setup, POST e boot loader.
BIOS
A BIOS (sigla para o termo em inglês Basic Input/Output System, em
português: Sistema Básico de Entrada e Saída) é um programa que possibilita
que o microprocessador se comunique com os demais hardwares do
computador (exemplo: teclado, placa de vídeo, discos rígidos, etc.). Ele é o
primeiro software a ser executado pelo microprocessador, então, assim que
ligamos o computador, o microprocessador esta programado para procurar e
executar a BIOS iniciando dessa forma o processo de boot. A partir daí, a BIOS
guiará o microprocessador à executar uma série de comandos e funções até que
o sistema operacional entre efetivamente em ação.
Esse software fica armazenado, de forma permanente, em um chip de
memória flash ou ROM (sigla para o termo em inglês Read Only Memory, em
português: Memória Somente de Leitura) e não pode ser modificado de uma
maneira convencional existindo então para isso um software específico,
desenvolvido pelo fabricante da BIOS, para cada marca e modelo. Atualizações da
BIOS são lançadas quando existe algum problema com sua versão anterior ou
quando a mesma incorpora uma nova funcionalidade, como exemplo, passam a
dar suporte à algum novo padrão de componente.
Figura 62 -‐ Chips de BIOS
60
Figura 63 -‐ Softwares para atualização de BIOS
Setup
Como vimos na seção de jumpers/dipswitches, algumas configurações de
hardware podem ser realizadas diretamente nos componentes mas, existe um
software, o setup, que também pode realizar esse tipo de configuração. O setup
utiliza um tipo de chip de memória especial para armazenar essas configurações:
a CMOS (complementary metal-‐oxide-‐semiconductor). A CMOS também é
responsável por manter o relógio do computador sempre atualizado. Esse
relógio, que é composto não somente pelo horário mas também pela data,
também pode ser modificado pelo setup.
Para que essas configurações não sejam perdidas quando o computador
for desligado, uma bateria (de lítio com tensão de 3V) fica constantemente
alimentando a CMOS.
Figura 64 -‐ Baterias CMOS (3V lítio referência CR2032)
Existe um jumper, geralmente localizado próximo a bateria, que tem a
função de limpar o conteúdo da CMOS fazendo com que as configurações iniciais
de fábrica sejam restauradas. Este jumper/operação recebe o nome de clear
61
CMOS (em português: limpeza da CMOS). Caso desejarmos limpar a CMOS e não
consigamos identificar o jumper clear CMOS, podemos usar o artifício de retirar
a bateria por alguns minutos para que os dados armazenados nela sejam
perdidos.
Figura 65 -‐ Jumper clear CMOS O setup somente pode ser acessado assim que ligamos o computador. Seu
acesso é informado ao computador pressionando-‐se alguma tecla (em geral DEL
ou F10) ou um conjunto delas (exemplo: CRTL+DEL). Na maioria dos
computadores essa tecla, ou conjunto de teclas, para acesso ao setup é exibido na
tela assim que ligamos o computador juntamente com outras informações. Caso
essas informações não estejam sendo exibidas, possivelmente será uma
configuração no próprio setup que esta impedindo essa exibição.
Figura 66 -‐ Teclas de acesso ao setup
Após acessar o setup, várias configurações do computador poderão ser
visualizadas e modificadas. As teclas para seleção e navegação dos itens do setup
e também as para modificação dos seus valores são exibidas na própria tela
62
(normalmente no rodapé da tela). A maior parte dos programas de setup são
escritos na língua inglesa mas, hoje em dia já encontramos fabricantes que
disponibilizam programas com a possibilidade de escolha da língua com que se
deseja trabalhar.
Figura 67 -‐ Telas de setup
Seguindo então em frente com o processo de boot, a BIOS lê na CMOS as
configurações que foram realizadas através do setup e realiza nos hardwares as
modificações impostas pelo usuário.
POST
O processo de POST (da sigla em inglês Power on self test, em português
é algo como “Auto-‐teste de inicialização”) são testes realizados pela BIOS, em
sequência, para identificar problemas no hardware do computador que o deixem
em um estado não operacional.
Figura 68 -‐ Exemplos de testes realizados durante o POST
Quando algum problema é detectado, o computador demonstra de alguma
forma onde o erro esta acontecendo. As formas mais comuns de aviso são os bips
63
(alarmes sonoros) e mensagens de erro exibidas na tela. Computadores mais
novos podem usar conjuntos de leds (sigla do inglês light-‐emitting diode, em
português: diodo emissor de luz) existentes no painel frontal do gabinete para
indicação desses problemas. Cada fabricante utiliza seu próprio padrão para
realizar esses avisos, por isso, deve-‐se sempre consultar o manual do
computador ou placa-‐mãe para uma clara detecção do problema.
Figura 69 -‐ Exemplos de erros durante o POST
Boot Loader
Assim que ligamos o computador, o sistema operacional ainda não pode
ser carregado, devido aos seus dados importantes ainda não estarem disponíveis
para o microprocessador lê-‐los, então, um programa, chamado de boot loader,
deve ser carregado na memória com a função de buscar esses dados em alguma
mídia. Os sistemas operacionais modernos podem ser armazenados em discos
rígidos, CDs, pen-‐drives ou outros dispositivos de armazenamento. O
computador possui uma ordem pré-‐definida, que pode ser configurada via setup,
para a busca de dispositivos/mídias que sejam bootáveis, ou seja, aqueles de
onde possa ler um sistema operacional. Caso não seja encontrado um arquivo
64
bootável em nenhum dos dispositivos procurados, uma mensagem de erro será
exibida pela computador.
A BIOS então, após encontrar uma mídia bootável com a ajuda do boot
loader, transfere para a memória RAM os dados necessários ao carregamento do
sistema operacional e faz com que ele seja inicializado de forma correta. Após o
SO ser iniciado, é ele que terá a responsabilidade de controlar o
microprocessador e todos os demais componentes do computador.
Figura 70 -‐ Seleção da ordem de boot via setup
Figura 71 -‐ Exemplo de erro durante o boot
Soquete do Microprocessador
O elemento mais importante do computador, o microprocessador, quando
já não vem integrado na placa-‐mãe, possui um local especial onde o mesmo deve
ser encaixado: o soquete (socket em inglês). O formato desse socket depende
qual família (modelo) seja o microprocessador. Apesar do microprocessador
geralmente se apresentar de uma forma quadrada, somente conseguimos
encaixá-‐lo em uma posição. Tanto a parte de encaixe do microprocessador
quanto o soquete apresentam guias, sejam elas ranhuras, quebra de padrão dos
65
terminais ou indicações, que fazem com que o encaixe se realize de maneira
correta.
Figura 72 -‐ Soquetes de microprocessadores
Uma peça importante que existe junto ao socket é a sua trava de
segurança. A sua função é fazer com que o microprocessador fique bem preso ao
socket e não corra nenhum risco de ser desencaixado. Deve-‐se verificar se a
trava esta aberta antes de instalarmos o microprocessador, em caso contrário a
conexão do mesmo não é possível, e devidamente fechada ao final da instalação.
Conector P4/ATX12V
Os microprocessadores atuais cada dia mais aumentam seu poder de
processamento e, atrelado a esse poder, temos um maior consumo de energia.
Placas-‐mãe que utilizam esse tipos de microprocessadores mais potentes
possuem uma conexão, o conector P4 ou ATX12V, capaz de fornecer uma energia
extra, diretamente da fonte, para o processador. São localizados, normalmente,
próximos ao soquete do microprocessador.
Figura 73 -‐ Conector P4 ou ATX12V
66
Conector Fan
Também localizado próximo ao soquete do computador existe um tipo de
conexão, o conector fan (ventilador em inglês), onde pode ser ligado um cooler
(ventoinha) que ajude na refrigeração do microprocessador. Existem versão com
3 e 4 pinos, sendo a versão com 3 pinos a mais comumente encontrada. Outros
conectores fan podem existir espalhados pela placa-‐mãe para que outros
coolers, como exemplo os que ajudam na refrigeração do gabinete, possam ser
alimentados.
Figura 74 -‐ Conectores fan
Conectores Auxiliares
Além dos conectores P4 e fan que comentamos anteriormente, a placa-‐
mãe possui diversos outros conectores com as mais diversas funções. Para
sabermos a função de cada um deles devemos consultar o manual da nossa
placa-‐mãe. Algum desses conectores, porém, tem uma ligação direta com o painel
frontal do nosso gabinete e exercem funções ligadas ao nosso cotidiano; são eles:
conector F_PANEL, F_USB e F_AUDIO.
Conector F_PANEL
É o principal conector auxiliar da placa-‐mãe estando presente em todos
os modelos. É nele que iremos conectar os cabos que saem do painel frontal do
gabinete. Através do conector F_PANEL é que a placa-‐mãe recebe os comandos
para ligar/desligar (botão power) e resetar (botão reset) o computador. Ele
também é o responsável pelo envio de informação para que os leds de power e
hdd funcionem. Outro dispositivo que frequentemente ligamos ao conector
F_PANEL é o speaker (em alguns modelos de placa-‐mãe o seu conector fica
67
separado do F_PANEL ou o próprio dispositivo já vem diretamente soldado na
placa-‐mãe), uma espécie de alto-‐falante, que pode ser integrado no gabinete ou
ser uma peça própria, que tem a função de emitir avisos sonoros (bips).
Figura 75 -‐ Conectores F_PANEL
Figura 76 -‐ Cabos conectores F_PANEL conectados na placa-‐mãe
O posicionamento dos conectores, também chamada de pinagem, do
conector F_PANEL varia em cada modelo de placa-‐mãe, por isso, antes
realizarmos a conexão, o manual da placa deverá ser consultado para que os
terminais conectores não sejam ligados de forma errada.
Figura 77 -‐ Exemplo de manual com as instruções do F_PANEL
68
Também é possível ver a indicação da pinagem impressa diretamente na
placa-‐mãe. Na maioria dos modelos de placa-‐mãe, essa indicação fica logo abaixo
do conector F_PANEL ou bem próximo dele, porém, existem modelos onde essa
indicação não fica numa localização muito clara mas ela estará presente em
algum parte da placa-‐mãe.
Quando vamos conectar os cabos do painel frontal do gabinete na placa-‐
mãe devemos tomar alguns cuidados. Além do posicionamento correto de cada
um, temos que observar a polaridade (polo negativo e positivo) dos conectores.
Para os cabos que ligam os botões (power e reset) não existirá problema caso a
polaridade seja invertida, pois, a função deles é apenas enviar um sinal elétrico
que fecha o circuito. Mas, para o caso dos LEDs de power e HD e para o speaker,
caso a polaridade seja invertida, os mesmo não irão funcionar.
Conectores F_USB e F_AUDIO
Gabinetes mais modernos, como já dissemos anteriormente, possuem
algumas interfaces de conexão no seu painel frontal. As mais comuns são
entradas/saídas de áudio (normalmente usadas por microfones e fones de
ouvido respectivamente) e portas USB. Para que essas interfaces realmente
funcionem, elas devem estar diretamente conectadas à placa-‐mãe e, são
justamente os conectores F_USB (para as portas USB) e F_AUDIO (para as
entradas/saídas de áudio) que realizam essa ponte de comunicação entre as
interfaces do painel frontal e a placa-‐mãe. Da mesma forma que acontece com o
F_PANEL, o manual da placa-‐mãe deve ser consultado para verificar a pinagem.
Figura 78 -‐ Conectores F_USB e F_AUDIO
69
Figura 79 -‐ Cabos conectores F_AUDIO (esquerda) e F_USB
Um cuidado especial deve ser tomado quando vamos ligar conectar o cabo
da minha interface USB frontal no conector F_USB da placa-‐mãe. Esse conector é
composto por 4 pinos (que podem vir juntos ou individualmente do painel
frontal): um de alimentação (+5V, VCC ou Power), um terra (GND) e dois para
transferência de dados (Data+ e Data-‐). Uma inversão de conexão entre o cabo
de dados e o de alimentação pode causar danos ao equipamento que venha a ser
ligado nessa porta USB.
Figura 80 -‐ Exemplo de manual com as instruções F_AUDIO (cima) e F_USB
70
Barramentos
Para que os elementos de um computador possam se comunicar, suas
informações precisam ser transmitidas através de vias de dados especiais: os
barramentos (também conhecido pelo termo, em inglês, bus). Cada componente
do computador vai se conectar ao um barramento específico para poder enviar e
receber as informações. Esses barramentos podem ser compartilhados, ou seja,
utilizados por mais de um componente ao mesmo tempo ou pode ser exclusivo.
Além de regras específicas para acesso e uso dessas vias (conceitos usados
principalmente nos barramentos compartilhados), uma característica
importante dos barramentos é a sua taxa de transferência de dados, ou seja, a
quantidade de informações que podem ser trocadas em um determinado período
de tempo (normalmente medida em megabytes por segundo).
A taxa de transferência de um barramento esta diretamente relacionada à
dois conceitos: a sua largura de banda, que é a quantidade de dados (bits) que
podem ser transmitidos simultaneamente, e o seu clock, que é a frequência
(medida em MHz) com que esses bits são transmitidos. Para o cálculo da taxa de
transferência de um determinado barramento usamos a seguinte fórmula:
𝑇𝑥 = 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎_𝑑𝑒_𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 (𝑏𝑖𝑡𝑠) × 𝑐𝑙𝑜𝑐𝑘 (𝑀𝐻𝑧) = 𝑥 𝑀𝑒𝑔𝑎𝑏𝑖𝑡𝑠/𝑠
𝑇𝑥 = 𝑥 𝑀𝑒𝑔𝑎𝑏𝑖𝑡𝑠/𝑠
8 = 𝑦 𝑀𝑒𝑔𝑎𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠/𝑠
Por exemplo, se tivermos um barramento operando a um clock de 8 MHz
e com largura de banda de 16-‐bits teremos:
𝑇𝑥 = 16 𝑏𝑖𝑡𝑠 × 8 𝑀𝐻𝑧 = 128 𝑀𝑒𝑔𝑎𝑏𝑖𝑡𝑠/𝑠
𝑇𝑥 =128 𝑀𝑒𝑔𝑎𝑏𝑖𝑡𝑠/𝑠
8 = 16 𝑀𝑒𝑔𝑎𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠/𝑠
Slots e Interfaces de Comunicação
Como já sabemos, todos os componentes do computador devem ser
conectados, de alguma forma, à placa-‐mãe para possibilitar que eles se
71
comuniquem (troquem informações) entre si. A placa-‐mãe então possibilita uma
forma para que esses componentes possam ser ligados à ela, seja de forma
direta, onde os componentes são diretamente encaixados ou soldados nela, ou de
forma indireta, ficando a cargo de cabos de comunicação realizar essa conexão.
Não existe uma regra específica para cada componente, mas o que
normalmente encontramos nas placas-‐mãe são que as placas de expansão,
memórias e placas gráficas sejam diretamente conectadas, através dos slots
(ranhura em inglês), e os dispositivos de armazenamento (Drives de mídia
externa e discos rígidos) sendo conectados por cabos que são ligados à interfaces
de comunicação presentes na placa-‐mãe. Vamos conhecer os principais slots e
interfaces de comunicação presentes nas placas-‐mãe atuais.
Slot de memória
O slot de memória, também conhecido como banco de memória, é o
principal slot da placa-‐mãe e é destinado a receber a instalação dos módulos de
memória RAM. Encontrado geralmente aos pares (duas, quatro ou seis unidades)
e são específicos para um determinado tipo de memória RAM, possuindo em seu
interior pequenas pecinhas plásticas que impedem a instalação de tipos
diferentes.
Figura 81 -‐ Slots de memória RAM
Os slots de memória possuem travas de segurança laterais para garantir
que os módulos de memória fiquem bem conectados à placa-‐mãe e impedir
possíveis problemas que existiriam caso alguma memória fosse desconectada
com o PC em uso.
72
Figura 82 -‐ Travas do slot de memória
A taxa de transferência do slot de memória depende do seu tipo e será
discutida quando estivermos tratando especificamente das memórias.
Slot PCI
O slot PCI (sigla do inglês Peripheral Component Interconnect, em
português: Interconector de Componentes Periféricos) é utilizado para a conexão
dos mais diversos periféricos ao computador. Através dele podem ser ligados
placas de rede, vídeo, som, fax modem, entre outros. Foi desenvolvido pela Intel
em 1992 afim de substituir os antigos barramentos ISA que já não atendia mais a
demanda de dados dos dispositivos.
Figura 83 -‐ Slot PCI
73
A tabela abaixo demonstra as possíveis configurações de taxas de
transferência do barramento PCI:
Largura de Banda Clock Taxa de Transferência 32 bit 33 MHz 132 MB/s
32 bit 66 MHz 264 MB/s
64 bit 33 MHz 264 MB/s
64 bit 66 MHz 528 MB/s
Tabela 4 -‐ Taxas de transferência do barramento PCI
Slot AGP
O slot AGP (sigla do inglês Accelerated Graphics Port, em português:
Porta Gráfica Aceleradora) é dedicada para conexão de placas de vídeo. Foi
criado, em 1996 pela Intel, devido ao fato das aplicações gráficas da época já
estarem exigindo mais processamento do que as placas de vídeo PCI conseguiam
entregar.
Figura 84 -‐ Slot AGP 8x Diferentemente do barramento PCI, o barramento AGP é de uso exclusivo,
fazendo com que todo seu poder de transferência de dados seja usado somente
pela placa de vídeo a ele conectado. O barramento AGP possui 4 modos de
operação que estão diretamente ligados a quantidade de pulsos de dados podem
ser enviados durante um ciclo de clock. Dessa forma, é como se tivéssemos
74
multiplicando o valor do meu clock pela quantidade de pulsos que eu posso
enviar.
A tabela abaixo nos mostra as taxas de transferência atingidas pelo
barramento AGP:
Modo Clock Largura de Banda Dados por clock Taxa de Transferência AGP 1x 66 MHz 32 bits 1 264 MB/s AGP 2x 66 MHz 32 bits 2 528 MB/s AGP 4x 66 MHz 32 bits 4 1056 MB/s AGP 8x 66 MHz 32 bits 8 2112 MB/s
Tabela 5 -‐ Taxas de transferência do barramento AGP
Analisando a tabela das taxas de transferência do barramento AGP,
podemos ver claramente como a multiplicação do clock influencia de forma bem
atuante a velocidade final do barramento. O gráfico abaixo nos ajuda a visualizar
essa atuação do clock e ainda faz um comparativo com o barramento PCI
comum:
Figura 85 -‐ Comparação das taxas de transferência do barramento PCI e AGP
Slot PCIe
O slot PCI Express (conhecido pela abreviação PCIe) foi criado para
substituir os slots PCI e AGP e vêm se tornando cada vez mais um padrão
0
500
1000
1500
2000
2500
PCI AGP 1x AGP 2x AGP 4x AGP 8x
Taxa de Transferência (MB/s)
75
universal nas placas-‐mãe. Ele serve tanto para conectar tanto periféricos
diversos (como placas de rede, som, etc.), que não necessitam de grandes taxas
de transferências, como para as poderosas placas gráficas, que são grandes
consumidoras de dados. Em termos de software (relacionados com o sistema
operacional) o slot PCIe mantém compatibilidade com o slot PCI, o que
contribuiu ainda mais para a aceitação do padrão PCIe como padrão universal.
Além disso tudo, o slot PCIe possui a capacidade de hotswappig, ou seja, é
possível instalar uma placa de expansão PCIe mesmo com o micro estando
ligado.
Diferente dos barramentos PCI e AGP, o barramento PCIe trabalha de
forma serial transmitindo os dados através de dois pares de fios, chamados de
pista, em full-‐duplex (pode transmitir e receber dados ao mesmo tempo). Cada
pista pode obter taxa de transferência máxima de 250 MB/s em cada direção.
Dessa forma, o barramento PCIe pode utilizar mais de uma pista com o intuito de
melhorar o seu desempenho. A sua taxa de transferência então é então
diretamente relacionada ao número de pistas usadas, por exemplo, um sistema
que use 8 pistas, terá uma taxa de transferência de 2 GB/s (250MB/s * 8).
Encontramos slots PCIe com 1, 2, 4, 8, 16 e 32 pistas. A tabela abaixo nos mostra
os valores das taxas de transferência para cada uma dessas configurações:
Barramento Pistas Taxa de Transferência PCIe 1x 1 250 MB/s PCIe 2x 2 500 MB/s PCIe 4x 4 1000 MB/s PCIe 8x 8 2000 MB/s PCIe 16x 16 4000 MB/s PCIe 32X 32 8000 MB/s
Tabela 6 -‐ Taxas de transferência do barramento PCIe
Devido a essas diferentes possibilidades do uso de pistas, os slots PCIe se
apresentam de formas diferentes (fisicamente falando). Por exemplo, um slot
PCIe 1x é bem menor que um slot PCIe 8x. A figura abaixo ilustra essas
diferenças:
76
Figura 86 -‐ Slots PCIe
Por apresentarem uma alta taxa de transferência, os slots PCIe 16x são
largamente utilizados pelas placas de vídeo e vêm se tornando o padrão para
essa finalidade nas placas-‐mãe atuais.
Figura 87 -‐ Slot PCIe 16x
USB
O barramento USB (sigla do inglês Universal Serial Bus), foi criado com a
intenção de substituir a grande variedade de conectores que existiam nos
computadores se tornando assim, um padrão universal (como o próprio nome
propõe) altamente difundido nos dias atuais e usado para a conexão de
praticamente todo tipo de periférico, desde de simples teclados até impressoras.
Figura 88 -‐ Símbolo do padrão USB
77
Possui um recurso muito interessante que é a possibilidade de ligação de
127 dispositivos, de forma encadeada, em um mesmo canal (porta USB). Um
detalhe importante do USB é que os cabos de conexão de medir até no máximo
cinco metros.
Figura 89 -‐ Extensões USB
Atualmente a versão 2.0 predomina nos computadores pessoais, mas,
desde meados de 2010 a versão 3.0 vêm ganhando espaço. A tabela abaixo nos
mostra as taxas de transferência desse barramento:
Barramento Taxa de Transferência USB 1.1 1,5 a 12 Mbps USB 2.0 480 Mbps USB 3.0 4,8 Gbps
Figura 90 -‐ Taxas de transferência do barramento USB
Interface IDE/PATA
Os conectores IDE (sigla do inglês Integrated Drive Eletronic) também
conhecidos pelo nomenclatura do seu padrão, PATA (sigla do inglês Parallel
Advanced Technology Attachment) são usados para conexão dos drives de
discos rígidos, cd/dvds, disquetes, fitas, etc.
Figura 91 -‐ Conector IDE/PATA
78
Cada conector suporta a ligação de até dois drives. Para a conexão dos
dispositivos à placa-‐mãe são utilizados cabos de dados achatados, cabos flat ou
flat cables, de 80 vias (para os HDs e CD/DVDs) ou 40 vias (para os disquetes)
onde os dados são transmitidos de forma paralela. O padrão suporta cabos até
45cm de comprimento, porém, já foram desenvolvidos cabos de até 60cm que
funcionaram perfeitamente.
Figura 92 -‐ Cabos flat 40 e 80 vias
O padrão PATA data de 1994, onde obtinha taxas de transferência na casa
dos 2,1 MB/s, e evoluiu bastante até os dias de hoje, chegando à taxas de
transferência na ordem de 133 MB/s.
Interface SATA
Surgiu para solucionar as limitações existentes no padrão IDE/PATA. Ao
contrário do padrão PATA, o padrão SATA (sigla do inglês Serial Advanced
Technology Attachment) utiliza da forma serial para transmissão de dados e
por essa causa pode utilizar cabos mais finos (que ajudam na ventilação do
gabinete) e de maior comprimento que os cabos flat.
Figura 93 -‐ Conectores e cabo SATA
79
É um padrão que somente permite conexões ponto-‐a-‐ponto, ou seja, um
dispositivo por conector. Permite conexão de dispositivos no modo hotplugging,
o que não acontecida no padrão PATA. Possui atualmente três versões
(compatíveis entre si) que apresentam diferenças em relação as suas taxas de
transferência. A tabela abaixo exibe essas versões:
Padrão Taxa de Transferência MB/s Gb/s
SATA 1 150 1,5 SATA 2 300 3 SATA 3 600 6
Tabela 7 -‐ Taxas de transferência padrão SATA
Chipset
Chipset é o nome dado a um conjunto de chips (circuitos integrados)
existentes na placa-‐mãe que desempenham diversas funções ligadas ao
hardware do computador. Pode ser considerado uma espécie de
subprocessador incorporado à placa-‐mãe. O chipset desempenha papéis de
grande importância na operação da placa-‐mãe como por exemplo o controle dos
barramentos, controle e acesso à memória RAM, controle da algumas interfaces,
entre outras. Por esse motivo, é o chipset que define parâmetros importantes na
placa-‐mãe como o tipo e a quantidade máxima de memória RAM que ela suporta.
Nas placas-‐mãe on-‐board é no chipset que encontramos grande parte dos
circuitos controladores dos dispositivos integrados como os dos dispositivos de
som e vídeo.
North Bridge e South Bridge
Nas placas-‐mãe mais antigas os chips que formavam o chipset eram
individualizados e ficam dispersos em diversos pontos da placa-‐mãe dificultando
bastante a comunicação entre eles. Com o avanço da tecnologia esses chips
passaram cada vez mais a serem integrados utilizando assim uma quantidade
menor de chips e por consequência ficando mais baratos. Atualmente, a maioria
dos chipsets é composto por dois chips principais, conhecidos como North
Bridge (Ponte Norte) e South Bridge (Ponte Sul).
80
A North Bridge é o responsável pelo trabalho pesado, ou seja, ele esta
diretamente ligado aos componentes que exigem uma alta taxa de transferência
de dados, como o microprocessador, as memórias RAM e as placas de vídeo.
Devido ao seu grande trabalho e por consequência o seu grande aquecimento, é
comum encontramos nas placas-‐mãe dispositivos que ajudem no resfriamento
deste chip. Além disso, é ele que faz a conexão direta com a South Bridge.
Figura 94 -‐ Chipset North Bridge A South Bridge fica então com o trabalho de conexão com os demais
barramentos e interfaces. As conexões com mouse e teclado bem como com a
BIOS também ficam a cargo da South Bridge. Por normalmente ficar descoberto,
geralmente trazem o logo do seu fabricante impresso.
Figura 95 -‐ Chipset South Bridge
81
Abaixo é mostrado um exemplo fictício de um diagrama de chipset:
Figura 96 -‐ Diagrama de um chipset
82
Microprocessador
O microprocessador ou CPU (sigla do inglês Central Process Unit, em
português: Unidade Central de Processamento) é o grande responsável por todas
as ações que um computador executa. É um chip que tem a função de realizar os
cálculos (computar) e tomar as decisões inerentes ao sistema. Os
microprocessadores não são exclusividade dos computadores, todos os
equipamentos eletrônicos se utilizam de microprocessadores para poderem
executar suas funções. Atualmente, a Intel e a AMD são as grandes fabricantes
mundiais de microprocessadores para os computadores.
Figura 97 -‐ Microprocessadores
É o microprocessador que torna o computador, digamos, inteligente.
Dessa forma, podemos então fazer a analogia de um computador com o corpo
humano, onde, o microprocessador seria o cérebro, responsável por pensar e
comandar as outras partes do corpo, e os componentes (HDs, drives, memórias,
etc.) seriam os demais órgãos e membros.
Figura 98 -‐ Analogia entre microprocessador e cérebro
83
O grande poder desse dispositivo vêm do fato deles serem programáveis,
ou seja, é possível construir programas com diferentes funções e aplicá-‐los ao
microprocessador. A execução desses programas se dá através de instruções que
são pré-‐programadas e estão armazenadas na memória do microprocessador.
Para realizar esse processamento, o microprocessador é alimentado na sua
entrada com dados digitais (números e símbolos representados no sistema
binário) que sofrerão alterações pelas suas instruções e fornecem resultados
como saída.
Figura 99 -‐ Processamento dos dados na CPU
Partes do Microprocessador
Internamente o microprocessador é composto por alguns componentes
que possuem funções específicas no processamento dos programas. São eles:
registradores, unidade de gerenciamento de memória, unidade lógica e
aritmética, unidade de ponto flutuante e unidade de controle. Como não é
objetivo do nosso curso entendermos a fundo como funcionam os
microprocessadores, vamos conhecer cada um desses componentes de maneira
bem superficial.
Registradores
Os registradores são memórias muito pequenas que são incorporadas ao
núcleo do microprocessador. Essas memórias são voláteis (perdem seus dados
quando não estão energizadas) e muito velozes (e por consequência muito
caras). Nos registradores é que ficam armazenados, temporariamente, as
84
instruções e os valores que serão ou já foram manipulados pelo
microprocessador. Existem registradores específicos para dados e instruções.
Unidade de Gerenciamento de Memória
As instruções e os dados que são usados nos programas de computador
ficam ativos na memória RAM enquanto os mesmos estão sendo executados.
Para que esses dados e instruções possam ser utilizados pelo microprocessador
estes precisam ser transferidos para os seus registradores.
Quem realiza o mapeamento e controle de acesso da memória RAM é o
componente do microprocessador conhecido como Unidade de Gerenciamento
de Memória ou MMU (sigla do inglês Memory Managment Unit). Por exemplo,
uma das funções da MMU é a tradução de endereços virtuais de memória em
endereços físicos, pois, os programas de computador não podem ter acesso
direto as posições de memória.
Unidade Lógica e Aritmética
A unidade lógica e aritmética, também conhecida pelas siglas ULA ou ALU
(sigla do inglês Arithmetic Logic Unit) é parte do microprocessador que
realmente realiza as operações lógicas e aritméticas que estão nas suas
instruções. É a ULA que realiza as operações matemáticas básicas (somar,
subtrair, dividir e multiplicar) com números inteiros. Ela também executa
operações lógicas (exemplo: and, or e not) para resolver as sintaxes dos
programas. A ULA é então, na verdade, uma espécie de calculadora eletrônica11.
Para a ULA realizar suas operações, é fornecido, como entrada, os
operandos (dados a serem utilizados) e o código da instrução onde ela deve
aplicar esses operandos. Nos computadores atuais, os operandos são valores
representados no sistema binário. A saída da ULA é o resultado da operação que
foi realizada.
Unidade de Ponto Flutuante
Também representada pela sigla UPF ou FPU (sigla do inglês Float Point
Unit), tem a função de realizar as operações aritméticas com números reais. São
11 A tecnologia usada na ULA foi desenvolvida durante a II Guerra Mundial e já existia quando surgiram os primeiros computadores modernos.
85
estruturas mais complexas que as ULAs e podem trabalhar com operadores
maiores. A UPF e a ULA são conhecidas como as unidades funcionais do
microprocessador.
Unidade de Controle
A UC é responsável pela geração dos sinais que controlam as operações
que ocorrem no exterior do microprocessador e também por fornecer as
instruções que serão internamente executadas. Basicamente a UC executa três
funções: busca, decodificação e execução.
A busca consiste na procura (diretamente na memória RAM) da instrução
que será executada ou dos valores que serão utilizados por determinada
instrução. Se for um valor, após ele ser encontrado ele é armazenado nos
registradores. Caso seja uma instrução, ela passa por um processo de
decodificação (onde vai ser comparada com as instruções existentes no
processador) antes de ser armazenada nos registradores. Finalmente, a UC pode
iniciar sua fase de execução onde envia esses dados e/ou instruções para as
unidades funcionais do microprocessador (ULA e UPF). É na fase de execução
que os resultados fornecidos pela execução das instruções são armazenados nos
registradores ou na memória RAM12.
Figura 100 -‐ Arquitetura do microprocessador
12 Esse armazenamento nos registradores ou na memória RAM depende da arquitetura na qual o microprocessador foi construída.
86
Clock
O clock (relógio em inglês) é um sinal que possui a função de sincronizar
as ações internas do computador. Um sinal de clock tipicamente utilizado nos
computadores consiste numa onda quadrada que fica alternando entre os
valores 0 e 1 em uma taxa de tempo fixa. Um ciclo do clock, também chamado de
pulso, é iniciado quando o sinal de clock passa de 0 a 1; assinalado por uma seta
para cima também chamada de subida de clock. Utilizamos a unidade de
frequência Hz (ciclos por segundo) para medir o sinal de clock. Quando falamos
por exemplo que temos um clock de 50 MHz, isto significa que temos 50 milhões
de pulsos de clock ocorrendo durante 1 segundo.
Figura 101 -‐ Sinal de clock do microprocessador As medições de tempo realizadas internamente num computador são
realizadas em função de ciclos de clock. Então, operações como a execução de
instruções pelo microprocessador ou transferência de dados para a memória,
levam uma certa quantidade de ciclos de clock para serem finalizadas.
Quando vamos escolher um microprocessador para utilizar no nosso
computador, uma das características que sempre avaliamos é o valor do seu
clock. É comum nos dias atuais utilizarmos nos nossos computadores
microprocessadores que trabalham com um clock na casa dos 3 GHz, ou seja, 3
bilhões de ciclos de clock por segundo. Um erro bastante corriqueiro que os
usuários leigos de computador cometem é comparar o desempenho de um
microprocessador (ou do computador de uma maneira geral) apenas pelo seu
clock. Essa comparação só será válida no caso de estarmos comparando dois
microprocessadores construídos de forma idêntica (utilizando a mesma
arquitetura) e sendo usados em um mesmo sistema computacional. Existem
87
várias características, como a quantidade de memória cache e o clock exterior
(conceitos que serão explicados adiante), que influenciam no desempenho final
de um microprocessador.
Figura 102 -‐ Clock ("velocidade") do microprocessador
Clock Interno e Externo
Com o grande avanço dos microprocessadores as suas taxas de clock
chegam a valores extremamente altos. O que a princípio seria uma ótima notícia,
se tornou um problema pois, devido à limitações físicas, os microprocessadores
não podem se comunicar com as memórias (mais precisamente com a north
bridge do chipset) na mesma velocidade de clock. Devido a essa limitação, nos
computadores foram criados os conceitos de clock interno, que é o clock
utilizado internamente no microprocessador, e o clock externo (também
conhecido como FSB, sigla do inglês Front Side Bus, ou barramento frontal),
usado quando o microprocessador necessita se comunicar com as memórias e
demais componentes. Esse clock externo, que é de frequência mais baixa, é
sempre uma fração da frequência do clock interno. Por exemplo, um
microprocessador que tenha um FSB de 800 MHz, e o fabricante indica que seu
clock é de 3.2 GHz (clock interno) teremos um multiplicador de 4x atuando
nesse microprocessador.
88
Figura 103 -‐ Barramento frontal (FSB)
Evolução do FSB
Como essa questão de comunicação do microprocessador com a memória
representa um grande gargalo nos sistemas computacionais, os fabricantes dos
processadores estão sempre desenvolvendo novas tecnologias para diminuir
essa diferença de velocidade.
Atualmente, os modelos mais modernos de microprocessadores ao invés
de utilizarem o FSB para se comunicar com a North Bridge e assim com as
memórias, passaram a utilizar um barramento direto para essa comunicação
com as memórias e outro para conexão com os demais dispositivos. Em alguns
modelos, o barramento controlador de memória passou a ser integrado ao
microprocessador, fazendo com que o North Bridge nem mesmo exista.
Figura 104 -‐ Evolução do FSB
89
Cada fabricante de microprocessador utiliza tecnologias e nomenclaturas
diferentes para construir e se referir ao barramento que fica com a função de se
comunicar com os demais componentes. Por exemplo, na Intel temos os
barramentos QPI (Quick Path Interconnect) e DMI (Direct Media Interface) e
na AMD temos o HyperTransport.
Memória Cache
Outro artifício utilizado pelos microprocessadores para diminuir os
efeitos desse gargalo de comunicação com as memórias, é a utilização de um
pequeno conjunto (devido ao seu alto custo) de memórias mais rápidas que
ficam armazenando as instruções e dados que são mais frequentemente
utilizados pelo microprocessador. De uma maneira geral, quando um programa é
carregado na memória os seus dados e instruções ficam armazenados em
posições sequenciais na memória RAM. O microprocessador então, sabendo
dessa característica dos programas, quando é instruído a carregar esses dados
em uma determinada posição da memória, copia para a memória cache não
apenas o dado requisitado, mas sim, X posições de memória a partir do endereço
requisitado. Esse número X é chamado de página. Por exemplo, se um
microprocessador é instruído a carregar um dado que esta no endereço 100 da
memória RAM e esta utilizando uma paginação de 4 KB, ele carregará os dados
de 4096 endereços a partir do endereço 100, ou seja, do endereço 100 até o
4095.
Dessa forma, na próxima instrução que o microprocessador for executar,
ele irá procurar pelos dados primeiramente na memória cache e somente se eles
já não estiverem nela é que ele irá fazer outro acesso a memória RAM. Quando
um microprocessador procura um dado na memória cache e ele é encontrado,
chamamos de acerto ou hit, e quando ele procura e não encontra tendo que ir
buscar na memória, chamamos de erro ou miss.
Figura 105 -‐ Memória cache
90
Basicamente os microprocessadores operam com dois tipos de memória
cache: a cache L1 (sigla do inglês Level 1, em português: Nível 1) e a cache L2
(sigla do inglês Level 2, em português: Nível 2). A cache L2 normalmente possui
uma capacidade de armazenamento maior que a cache L1 e passou a ser
utilizada quando a cache L1 começou a ser insuficiente. No início do uso das
memórias cache, essa nomenclatura se deu devido ao fato de que a cache L1 era
localizada junto ao núcleo do microprocessador e a cache L2 ficava na placa-‐
mãe. Atualmente, ambos os níveis ficam localizados dentro do chip do
microprocessador, sendo que, na maioria dos casos a cache L1 é dividida em
dois tipos: L1 para armazenar dados e L1 para armazenar instruções. Em
algumas arquiteturas de microprocessadores ainda encontramos um terceiro
nível, a cache L3, se localizando esta na placa-‐mãe.
Figura 106 -‐ Memória cache L1 (dados e instruções) e L2
Bits de Processamento
Outra característica muito importante dos microprocessadores e bastante
influente no quesito de desempenho do mesmo é a quantidade de bits com que
ele pode trabalhar ao mesmo tempo. Os microprocessadores mais antigos
trabalhavam com 16 bits; os de 32 bits dominaram o mercado por muito tempo
e ainda são encontrados nos dias atuais, porém, o padrão atual são os
microprocessadores de 64 bits.
De maneira superficial, esse valor de bits representa a quantidade de
dados e instruções que os microprocessadores conseguem processar durante um
ciclo de clock. Por exemplo, um processador de 16 bits consegue manipular
91
valores numéricos até 65535; se numa determinada instrução ele necessite
operar com o valor 100000, a operação terá que ser dividida em duas partes.
Quanto mais bits tiver um microprocessador, maior será esse número que ele
conseguirá manipular. Chegamos a esse valor elevando 2 à quantidade de bits do
microprocessador. Então, um microprocessador de 32 bits consegue manipular
valores até 2ˆ32 = 4.294.967.296, já para um modelo de 64 bits esse valor será:
2ˆ64 = 1.84467441 × 10^19.
Figura 107 -‐ Processadores com bitagem diferentes
Um detalhe crucial quando vamos escolher uma bitagem de
microprocessador é saber se o sistema operacional e os programas que vamos
usar serão compatíveis com ela. Para usufruir de todo o poder do
microprocessador devemos usar um SO e programas de mesma bitagem, caso
contrário, eles terão que adaptar o seu funcionamento o que não é trivial e pode
comprometer o desempenho.
Multi-‐core
Já existem a muito tempo placas-‐mãe que possuem dois ou mais soquetes
para microprocessadores. Esse tipo de placa-‐mãe é utilizada por computadores
especiais, como servidores e workstations, que exigem grande poder de
92
processamento. Para os computadores pessoais, esse tipo de placa-‐mãe não seria
viável devido ao seu alto custo.
Figura 108 -‐ Placas-‐mãe com múltiplos soquetes
Um dos fatores que influenciam diretamente no desempenho do
microprocessador é o valor do seu clock, porém, quando um determinado valor
de clock é atingindo torna-‐se cada vez mais difícil o desenvolvimento de um
novo chip com um clock maior devido à limitações físicas e tecnológicas. A
temperatura é um desses fatores, já que, quanto maior o valor de clock de um
microprocessador, mais trabalho ele poderá executar e por consequência mais
calor ele vai dissipar. Uma das formas encontradas pelos fabricantes para
superar esse tipo de problema foi disponibilizar microprocessadores com mais
de um núcleo (multi-‐core) no mesmo chip.
Figura 109 -‐ Processadores Multi-‐core
Nos microprocessadores com apenas um núcleo temos a impressão de
estarmos executando vários processos simultaneamente, já que utilizamos
vários programas ao mesmo tempo, mas o que realmente acontece é que o
93
microprocessador dedica intervalos de tempos a cada processo. A troca desses
processos ocorre de uma maneira tão rápida no microprocessador que temos
esse noção de simultaneidade. A vantagem da utilização dos microprocessadores
multi-‐core é poder lidar com mais de um processo, atribuindo um para cada
core existente, ao mesmo tempo melhorando o desempenho do computador de
uma maneira geral.
Figura 110 -‐ Divisão de processos em CPU multicore
Em teoria, não existe limite para a quantidade de cores que um
microprocessador pode incorporar. Nos dias atuais os modelos de
microprocessadores multi-‐core mais comumente encontrados são os que
possuem 2 (dual-‐core), 3 (triple-‐core) e 4 (quad-‐core) cores. Da mesma forma
que acontece com a quantidade de bits dos processadores, para tirarmos
proveito dos multi-‐cores o SO e os programas devem ser desenvolvidos para
utilizarem esse tipo de tecnologia.
Família de Microprocessadores
No início da computação pessoal, cada soquete era compatível com um
único microprocessador. Numa determinada época os soquetes evoluíram e a
sua instalação ou remoção se tornaram mais fáceis, não sendo mais exigido que
uma pressão fosse aplicada no microprocessador para esse realizar a conexão
com a placa-‐mãe, reduzindo dessa forma as chances de danificar um dos contatos
94
durante uma dessas operações. A partir dessa época, um mesmo soquete passou
a suportar a instalação de vários modelos de microprocessadores. Esse conjunto
de microprocessadores que podem ser instalados em um determinado soquete
chamamos de família de microprocessadores.
Hoje, podemos encontrar nas placas-‐mãe três tipos de encaixe para os
microprocessadores:
• Os slots: aquelas ranhuras como as usadas no encaixe das placas de
expansão;
Figura 111 -‐ Encaixe de processador do tipo Slot • O PGA: sigla do inglês Pin Grid Array (Matriz Grade de Pinos); representa
uma formação onde os pinos são parte do chip do microprocessador e o
soquete fornece os locais (furos) para encaixe desses pinos; Existe uma
variação do PGA, o rPGA (esse “r” vem do inglês reducede), onde os pinos do
microprocessador, e por consequência os furos do soquete, são menores.
Figura 112 -‐ Microprocessador e Socket PGA
95
• O LGA: sigla do inglês Land Grid Array (Matriz Grade no Solo); formação
onde os pinos ficam incorporado no próprio soquete e apenas contatos
existem no chip do microprocessador.
Figura 113 -‐ Microprocessador e Socket LGA
Os soquetes recebem uma nomenclatura própria do seu fabricante, mas,
na maioria dos casos esse nome esta diretamente ligado a quantidade de pinos
de contato, também chamada de pinagem, existentes para a conexão com a placa-‐
mãe. A tabela abaixo exibe alguns tipos de soquete, sua respectiva quantidade de
pinos e uma lista de alguns microprocessadores compatíveis:
Soquete Encaixe Pinos Processadores Compatíveis
Socket 7 PGA 321 Intel Pentium AMD K6
Slot 1 Slot 242 Intel Pentium II e III
Socket 462 Socket A PGA 462
AMD Athlon e Athlon XP AMD Duron
AMD Athlon Sempron Socket 487 Socket N PGA 487 Intel Pentium 4
Intel Celeron
Socket 754 PGA 754 AMD Athlon 64 AMD Turion 64
LGA 775 Socket T LGA 775
Intel Pentium 4 Intel Celeron
Intel Core 2 Duo e Quad Socket C32 LGA 1207 AMD Opteron (série 4000)
LGA 1156 LGA 1156 Intel Core i7 (série 800)
Intel Core i5 (séries 700 e 600) Intel Core i3 (série 500)
Tabela 8 -‐ Tabela de soquetes
96
Refrigeração do Microprocessador
Como já foi mencionando antes, com o aumento do clock do
microprocessador esses passaram a trabalhar em altas temperaturas. Para evitar
que problemas derivados do superaquecimento afetassem o microprocessador,
técnicas para refrigeração do seu chip passaram a ser usadas.
A maioria das placas-‐mãe atuais trazem um sensor térmico, normalmente
localizado no interior do soquete, para que a temperatura do microprocessador
possa ser monitorada. Esse monitoramento pode ser realizado diretamente no
setup ou no sistema operacional através de um programa que fique lendo e
exibindo continuamente essa temperatura.
Dissipador Passivo e Ativo
Nas tentativas de diminuir a temperatura de operação dos
microprocessadores, primeiramente foi utilizado um dissipador térmico: uma
peça metálica, normalmente feita em cobre ou alumínio, que fica em contato
direto com o microprocessador ajudando o mesmo a realizar a troca de calor
com o meio. Esse tipo de dissipador é conhecido como dissipador passivo.
Figura 114 -‐ Dissipadores passivos
Como nem a superfície do dissipador nem a do microprocessador são
perfeitamente planas, existem pontos onde o contato entre estas duas superfícies
não ocorre diminuindo, dessa forma, a transferência de calor. Para facilitar esta
troca de calor, uma pasta térmica é aplicada na superfície de contato entre o
microprocessador e o dissipador.
97
Figura 115 -‐ Pasta térmica
Com o aumento cada vez maior das temperaturas que os
microprocessadores estavam alcançando, os dissipadores passivos não estavam
mais dando conta do trabalho. Passaram então à acoplar no dissipador passivo
uma ventoinha (cooler) para aumentar a sua capacidade de refrigeração. A esse
conjunto de refrigeração, dissipador e cooler, damos o nome de dissipador ativo.
Para que uma corrente de ar seja gerada por esse cooler, o mesmo deve ser
energizado, ou sendo conectado diretamente a fonte de alimentação ou em
conectores especiais (conectores fan) existentes na placa-‐mãe. A vantagem da
utilização dos conectores fan vem do fato da placa-‐mãe poder atuar de forma
automatizada no controle das RPM (rotações por minuto) do cooler.
Figura 116 -‐ Dissipador ativo
Water Cooler
Nesse tipo de sistema de refrigeração a água é utilizada para diminuição
da temperatura do microprocessador. O princípio de funcionamento do water
cooler é o mesmo de um radiador de automóvel: trata-‐se de um sistema fechado
contendo água onde uma bomba faz com que a água circule; quando essa água
98
passa pelo microprocessador, esta se aquece e é levada para um radiador
(também chamado de trocador de calor); neste radiador a água é resfriada, com
o auxílio de coolers, e sai fria para poder novamente passar pelo
microprocessador.
Figura 117 -‐ Water cooler
99
Memória RAM
As memórias RAM (sigla do inglês Random Access Memory, em
português: Memória de Acesso Aleatório ou Memória de Acesso Randômico) são
as memórias primárias de um sistema computacional. O termo acesso aleatório
vêm da capacidade de leitura e escrita de qualquer posição de endereçamento da
memória em qualquer momento de tempo; essa nomenclatura surgiu em
oposição ao termo acesso sequencial que é a forma como alguns dispositivos,
como as fitas de dados magnéticas, fazem acesso as suas informações.
Figura 118 -‐ Fita de dados magnética Essa característica de acesso é devido ao fato da memória RAM ser
mapeada como se fosse uma matriz de linhas e colunas (como uma planilha
eletrônica). Assim, o controlador de acesso da memória só necessita saber o
valor RAS (sigla do inglês Row Address Strobe, em português: Endereço da
Linha) e o valor CAS (sigla do inglês Column Address Strobe, em português:
Endereço da Coluna) para conseguir acessar (ler ou gravar) a posição de
memória de forma direta.
Figura 119 -‐ Acesso à dado na memória RAM
100
É nas memórias RAM que os principais dados do sistema operacional e
dos programas são armazenados, quando estes estão em execução, para
poderem ser acessados pelo microprocessador. Dessa forma, a quantidade de
memória RAM instalada num sistema computacional tem forte influência no
desempenho geral do computador. Quanto mais memória RAM o sistema tiver
disponível, mais dados poderão ser gravados nela e menos acessos aos discos
serão necessários, fazendo com que a velocidade de execução de todo o sistema
computacional seja aumentada.
Características
As memórias RAM apresentam diversas características e algumas dessas
são fatores que devemos levar em consideração no momento de escolhermos
quais as memórias que irão equipar nossos computadores. Vamos apresentar, de
maneira resumida, as mais importantes: volatilidade, capacidade, latência e
frequência.
Volatilidade
Todo tipo de memória têm a capacidade de armazenamento de dados no
seu interior, porém, as memórias RAM possuem uma característica ligado ao seu
modo de funcionamento: as memórias RAM são memórias voláteis. A
volatilidade das memórias RAM diz respeito a sua não capacidade de armazenar
esses dados quando ela não esta energizada, ou seja, os dados só ficam
guardados nas memórias RAM quando as mesmas estão sendo eletricamente
alimentadas.
Assim, quando desligamos o computador, todos os dados que estão
presentes na memória RAM são perdidos. Então, todas as vezes que iniciamos o
computador, as memórias RAM estão vazias e os dados necessários ao
funcionamento do SO e dos programas precisam novamente serem transferidos
para elas.
Existem outros tipos de memórias de acesso aleatório que não são
voláteis, como as memórias flash, largamente usadas nos pen-‐drives, celulares e
tablets. Esse tipo de memória não é usada atualmente como memória RAM por
ainda apresentar um alto custo em relação as atuais, mas, é possível que em
101
alguns anos isso venha a ser possível. Também existem pesquisas, das grandes
empresas de tecnologia, para o desenvolvimento de novas tecnologias que
possam vir a substituir as atuais memórias RAM.
Capacidade
Como já sabemos, as memórias servem para armazenar dados, mas, existe
um limite máximo para a quantidade de dados que podem estar armazenados
num determinado momento na memória RAM. O valor da capacidade,
frequentemente chamada de tamanho, de armazenamento de uma memória RAM
é então a quantidade máxima de dados (bits) que ela pode armazenar de uma só
vez.
As unidades de medida de capacidade de uma memória RAM são as
derivadas da grandeza byte (kilobyte, megabyte, gigabyte, etc.). Atualmente a
capacidade das memórias dos PCs gira em torno dos gigabytes. Como já citamos
no início do capítulo, essa característica é uma das mais relevantes na hora da
escolha da memória RAM por agregar um grande desempenho ao sistema como
um todo.
Figura 120 -‐ Capacidade (Tamanho) da memória RAM
Latência
Quando falamos sobre os microprocessadores vimos que eles tem que
buscar na memória RAM os dados e instruções dos programas que estão sendo
ou serão executados. Logicamente, essa busca e esse retorno da informação
requerida leva uma certa quantidade de tempo. Esse tempo que o
microprocessador tem de esperar até que o dado e/ou instrução esteja
“pronto(a)” é o que chamamos de latência da memória RAM.
102
A latência da memória RAM, como tudo que diz respeito a tempo num
computador, é medida em ciclos de clock. Não existe apenas um único valor geral
de latência para a memória, pois, várias operações internas são necessárias para
que este dado fique pronto. Por isso, quando observamos as especificações de
uma memória encontramos quatro valores de latências (exemplo: 4-‐4-‐4-‐8 ou 7-‐
7-‐7-‐21). Quanto menor forem esses valores em uma memória, mais rapidamente
ela conseguirá disponibilizar um dado ou instrução para o microprocessador.
Figura 121 -‐ Latência da memória RAM
Frequência
No capítulo que tratamos sobre o microprocessador vimos que ele por
diversas vezes necessita acessar a memória RAM para buscar dados ou
instruções. Ficamos sabendo que as memórias trabalham em um clock menor
(clock externo) que o do microprocessador e que esse valor tem ligação direta
com o barramento (FSB ou barramento frontal) que faz essa comunicação entre
o microprocessador e as memórias.
A frequência de uma memória RAM, atualmente medida na casa dos MHz
ou GHz, é justamente a taxa de tempo em que ela consegue operar. Diante disse,
quanto maior a frequência do módulo de memória RAM, mais rápida será a sua
operação. Vale salientar que, no final das contas, a frequência de operação das
memórias vai ser ditada pela frequência do barramento, ou seja, não adianta
colocarmos uma memória com frequência maior que o barramento pois, ela vai
estar limitada ao valor deste. Por exemplo, se eu tiver uma memória que suporte
a frequência de 1000 MHz mas meu barramento seja de 800 MHz, a sua
frequência terá de ser reduzida e ela passará a trabalhar em 800 MHz.
103
Figura 122 -‐ Frequência da memória RAM
Módulos de Memória
Nos primeiros computadores a ideia de módulos de memória (também
chamados de pentes de memória) ainda não existia. Os chips de memória DIP
eram instalados diretamente na placa-‐mãe, encaixados ou soldados
individualmente em colunas, onde cada coluna formava um banco de memória.
Esse tipo de configuração era bastante antiquada pois trazia diversos problemas,
como a dificuldade de um upgrade de memória ou a substituição de um chip
com defeito.
Figura 123 -‐ Chips de memória DIP na placa-‐mãe
Foi só mesmo questão de tempo para os projetistas criarem uma forma
alternativa mais prática que tornasse a instalação dessas memórias fáceis até
para usuários inexperientes. Surgiram então dessa forma os módulos de
104
memória. Os módulos de memória são nada mais que pequenas placas de
circuito impresso onde os chips de memórias são soldados.
Os primeiros módulos de memória criados foram os chamados módulos
SIMM (sigla do inglês Single In Line Memory Module, em português: Módulo de
Memória em Linha Única) que apresentavam uma única via de contato. Apesar
da existência dos contatos em ambos os lados do módulo, eles eram apenas
extensões um do outro para aumentar a área de contato com o slot de memória.
Com o avanço dos computadores, cada vez mais dados necessitavam ser
trocados e mais vias necessitavam ser usadas para realizar essa tarefa. Ficaria
inviável projetos de placas-‐mãe com inúmeros slots de memória para suprir a
necessidade dos programas. Surgiram então os módulos de memória DIMM
(sigla do inglês Double In Line Memory, em português: Módulo de Memória em
Linha Dupla). Nesse tipo de módulo, ambos os lados possuem vias de contato,
formando assim duas vias de contato.
Figura 124 -‐ Módulo de memória SIMM
Atualmente existem quatro formatos de módulos de memórias DIMM
para os PCs: SDR, DDR, DDR2 e DDR3. Os mais antigos são os módulos SDR que
contam com 168 vias de contato.
Figura 125 -‐ Módulo de memória SDR (168 vias)
105
Depois foram criados os módulos de memória DDR que possuem 184 vias
de contato. E os módulos mais atuais são os DDR2 e DDR3 que por sua vez
apresentam 240 vias de contato. Apesar dos módulos DDR, DDR2 e DDR3
apresentarem mais vias de contato que os SDR elas apresentam exatamente o
mesmo tamanho físico. Devido a isto, mudanças foram aplicadas nos slots de
memória, referentes às quantidades e posicionamento dos chanfros, para
impedir que módulos sejam instalados em placas-‐mãe incompatíveis.
Figura 126 -‐ Posição dos chanfros nos módulos de memória DIMM DDR
Ainda existem os módulos de memória SODIMM (sigla do inglês Small
Outline DIMM) que são destinados aos notebooks e netbooks. São basicamente
versões em tamanho menor dos módulos utilizados nos PCs já que utilizam os
mesmos tipos de chips de memória. Os módulos SODIMM são encontrados nas
versões SODIMM SDR com 144 vias de contato, SODIMM DDR1 e DDR2 com 200
vias de contato e os SODIMM DDR3 possuindo 204 vias de contato.
106
Figura 127 -‐ Módulo de memória SODIMM SDR (144 vias)
Da mesma forma que acontece nos PCs, os slots apresentam diferenças
para evitar instalações incorretas.
Figura 128 -‐ Posição dos chanfros nos módulos de memória SODIMM DDR
107
SDRAM
Os primeiros tipos de memórias RAM que surgiram nos PCs, as FPM (Fast
Page Output) e EDO (Extended Data Output), trabalhavam de forma
assíncrona, o que significa dizer que elas trabalhavam em um tempo/ritmo
próprio, independentes dos ciclos de clock da placa-‐mãe. Dessa forma, não
importava o quanto fosse aumentado o clock da placa-‐mãe, as memórias sempre
iriam entregar os dados no seu ritmo, o que levava a um grande tempo de espera
formando um grande gargalo no sistema.
Figura 129 -‐ Módulo de memória FPM (cima) e EDO
Para resolver esse problema, foram criadas as memórias do tipo SDRAM
(sigla do inglês: Synchronous Dynamic RAM) que por sua vez, são capazes de
trabalhar de forma sincronizada com os ciclos de clock da placa-‐mãe. Isto tornou
possível que cada leitura na memória RAM seja sempre13 de um ciclo de clock,
sem tempo de espera.
O termo Dynamic (dinâmico em inglês) vem do fato de existirem
memórias estáticas e dinâmicas. Em termos de desempenho, as memórias
estáticas são mais velozes que as dinâmicas. Além disso, as memórias estáticas
conseguem armazenar os dados carregados por um período mais longo de
tempo, já as dinâmicas, que utilizam pequenos capacitores para esse
armazenamento, se descarregam em alguns milissegundos. Para evitar essa
perda, as memórias dinâmicas devem ter seus dados constantemente
recarregados (processo de refresh), o que torna o seu circuito um pouco mais
13 O primeiro acesso é um pouco mais demorado, pois, é necessário encontrar a posição inicial dos dados. Os demais, devidos à otimizações no processo de busca, que serão realizados em um ciclo.
108
complexo. Apesar disso tudo, os computadores utilizam as memórias dinâmicas
basicamente por dois aspectos: primeiramente elas são mais baratas de serem
fabricadas e segundo, por não ser possível a construção de chips de memória
estática com grandes capacidades.
Foi a partir da introdução das memória SDRAM que paramos de falar em
tempo de acesso as memórias, que eram medidos em nanosegundos, e passou-‐se
a usar a frequência de operação das mesmas para avaliar a sua velocidade de
operação.
SDR e DDR
Como acabamos de falar, quando as memórias SDRAM foram introduzidas
na computação, as memórias passaram a realizar suas leituras de dados em um
ciclo de clock. Novamente com o avanço da tecnologia, os projetistas
desenvolveram uma forma para o chip de memória conseguir enviar não apenas
um dado durante um pulso de clock, mas sim, dois dados durante cada ciclo. Esse
tipo de memória usa o artifício de utilizar tanto a subida quanto a descida do
clock para transferência dos dados, o que faz com que realmente sejam
realizadas duas transferência por ciclo de clock. Com essa técnica, foi possível
dobrar a largura de banda sem necessitar alterar o barramento externo.
A partir desse momento, as memórias passaram então a ser classificadas
em mais dois tipos: as SDR (sigla do inglês Single Data Rate, em português: Taxa
de Dados Única) e DDR (sigla do inglês Double Data Rate, em português: Taxa
de Dados Dupla).
Figura 130 -‐ Transferência de dados na tecnologia SDR e DDR
109
Nos módulos de memória DDR é como se estivéssemos multiplicando a
sua frequência de operação, por isso, essas memórias RAM são nomeadas como
se sua frequência fosse dobrada. Quando vemos então um módulo DDR 400, na
verdade ela opera a uma frequência de 200 MHz, sendo que, por ter a capacidade
de enviar dois dados por ciclo de clock, é dito que ela trabalha à 400 MHz. É
comum também encontrarmos módulos de memória DDR nomeados como
PC2700, PC3200 e assim por diante. Esse valor é referente a taxa de
transferência de dados desse módulo, ou seja, um módulo PC2700 possui taxa de
transferência igual à 2700 MB/s e um módulo PC3200, igual à 3200 MB/s.
Figura 131 -‐ Frequência e largura de banda das memórias DDR
Multi Channel
Quando falamos sobre barramentos, no capítulo sobre placas-‐mãe,
introduzimos um novo conceito que foi a largura de banda. Como vimos, as
memórias RAM também se conectam à um barramento, o barramento de
memória, para poderem transferir as informações e por isso, o conceito de
largura de banda também se aplica à elas. Já é do nosso conhecimento que
quanto maior a largura de banda de um barramento, mais informações ao
mesmo tempo poderão ser transferidas o que acelera o processamento de
maneira geral.
A medida que os programas se desenvolvem e necessitam de mais
informação, a busca por maiores velocidades na troca dessas informações entre
os componentes é sempre alvo dos estudos na informática e com as memórias
RAM não seria diferente. Os fabricantes passaram então à buscar formas de
como aumentar esse volume de informações nas memórias RAM. Uma das
técnicas desenvolvidas e bastante usada hoje em dia é a utilização da tecnologia
110
Multi Channel (em português: Múltiplos Canais), onde o chipset (ou o
microprocessador no caso do controlador de memória estar nele integrado)
consegue efetuar a comunicação com vários canais de memória ao mesmo
tempo. Dessa forma, as memórias trabalham simultaneamente como se fossem
apenas uma e passam a fornecer uma largura de banda igual a soma das larguras
de banda de cada canal.
Importante frisar que a tecnologia Multi Channel só funciona com
memórias idênticas, ou seja, em cada canal de memória existente na placa-‐mãe
somente memórias RAM com características iguais (capacidade, latência e
frequência) devem ser instaladas. Existe até um tipo de memória RAM vendida
no mercado chamadas twins (gêmeos em inglês) que são memórias de um
mesmo fabricante, de uma mesma série, de um mesmo lote, chegando algumas a
serem da mesma placa de silício, sendo essas as mais indicadas para serem
usadas nesse tipo de tecnologia. É comum nas placas-‐mãe que dão suporte à
tecnologia multi channel que os slots de memória sejam coloridos para
indicarem que eles pertencem à um mesmo canal.
Figura 132 -‐ Slots de memória multi-‐channel coloridos
A forma mais frequente de encontrarmos a tecnologia multi channel nas
placas-‐mãe é no formato de dois canais (dual channel), mas, existem placas-‐mãe
com arquiteturas que suportam três (triple channel) ou até quatro (quadruple
channel) canais. Para as nossas atuais memórias DIMM, que trabalham com uma
largura de banda de 64 bits, na tecnologia dual channel poderiam atingir,
teoricamente, 128 bits.
111
Figura 133 -‐ Placa-‐mãe com tecnologia quadruple channel
112
Disco Rígido
O disco rígido, muito conhecido como HD (sigla do inglês Hard Disk), é o
principal dispositivo de armazenamento de dados do PC. Inicialmente, os discos
rígidos eram chamados de discos fixos, mas, como surgimento dos discos
flexíveis (disquetes) os termo disco rígido passou a ser usado para fazer a
distinção entre eles.
É no HD que ficam gravados, de forma relativamente permanente14, os
dados do(s) sistema(s) operacional(is), dos programas e os arquivos do(s)
usuário(s). Por armazenar uma grande quantidade de dados é também chamado
de memória de massa. Alguns autores também o chamam de memória
secundária em referência à memória RAM, que é considerada a memória
primária do PC.
Os HDs não são componentes de armazenamento novos nos
computadores, mas, são componentes que evoluíram bastante para chegarem na
forma que apresentam atualmente. O IBM 305 RAMAC, de 1956, é um dos
primeiros discos rígidos de que se têm notícia. Tinha capacidade de
armazenamento de 5 MB (quantidade surpreendente de dados para a época) e
possuía dimensões enormes (152 cm x 172 cm x 73 cm). Além disso, seu preço
era bastante salgado, girando em torno dos 30 mil dólares.
Figura 134 -‐ IBM 305 RAMAC 14 Os dados não pernamecem gravados para sempre, mas, conseguem ficar armazenados durante muitos anos mesmo que o HD não esteja sendo utilizado.
113
Os discos rígidos fazem uso de partes mecânicas para poder ler e gravar
informações nos seus discos. Ao contrário dos que muitos pensam, os SSD (sigla
do inglês Solid-‐State Drive, em português: Unidade de Estado Sólido) que são
bastante usados nos netbooks e nos notebooks ultra finos, não são discos
rígidos, são apenas unidades de armazenamento que normalmente utilizam
memórias do tipo flash (também encontradas nos cartões de memória e pen-‐
drives).
Figura 135 -‐ Unidade de Estado Sólido (SSD)
Exterior do HD
Antes de entendermos como o HD funciona, vamos conhecer as partes
que o compõe. Primeiramente, podemos dividir o disco rígido em duas grandes
partes: exterior e interior.
Placa Lógica
Na parte externa do HD fica localizado sua placa lógica (também chamada
de placa controladora). A placa lógica é uma PCB onde todos os chips
responsáveis pelo controle de operação do HD são encontrados. Hoje em dia, a
grande maioria dos discos rígidos conta principalmente com quatro importantes
circuitos na sua placa lógica: circuito controlador, firmware, driver dos motores
e buffer.
114
Figura 136 -‐ Placa lógica do HD
A placa lógica também incorpora os conectores do HD. Existem dois tipos
de conectores: um de alimentação elétrica e um para a troca de dados. O
conector de alimentação elétrica é ligado diretamente a fonte do alimentação do
PC e fornece a energia necessária para o funcionamento do HD. Atualmente se
apresentam no padrão Molex e SATA. Existem modelos de HD que, por questões
de compatibilidade, possuem ambos os conectores de alimentação, mas, apenas
um de cada vez deve ser utilizado15.
Figura 137 -‐ Conectores de alimentação do HD (Molex e SATA)
Para conseguir trocar dados com os demais componentes do PC, o HD é
ligado à placa-‐mãe através do seu conector de dados (mais conhecido como
interface do HD). Existem vários padrões de interfaces para os HDs. Os mais
facilmente encontrados são os padrões IDE/PATA e SATA, usados nos 15 A utilização de ambos ao mesmo tempo pode danificar o HD.
115
computadores pessoais, e o SCSI (Small Computer Systems Interface), voltado
para o mercado de servidores.
Figura 138 -‐ Interfaces do HD (IDE/PATA, SATA e SCSI)
Nos discos rígidos mais antigos, ainda são encontrados, perto dos
conectores, jumpers utilizados para realizar configurações como
mestre/escravo e CS (sigla do inglês Cable Select, em português: seleção pelo
cabo), capacidade de armazenamento, etc.
Figura 139 -‐ Jumper do HD
Circuito Controlador
Geralmente é o maior chip presente na placa lógica do HD. O circuito
controlador, como o próprio nome já diz, é o grande responsável pelo controle
das ações do disco rígido. É ele quem comanda, por exemplo, a troca de dados
entre o HD e o computador, a movimentação das partes mecânicas internas,
entre diversas outras funções.
116
Firmware
O firmware é um chip, geralmente uma memória do tipo ROM, onde fica
armazenado o programa que é executado pelo circuito controlador para
controlar as ações do HD. É um componente opcional, pois, em alguns discos
rígidos o firmware vêm integrado no próprio circuito controlador.
Driver dos Motores
Dentre os componentes internos do HD que ainda vamos estudar, existem
motores que necessitam de uma determinada energia para funcionarem. O
circuito controlador por si só não consegue enviar toda essa energia necessária,
por isso, existe entre eles um chip com a função de amplificar o sinal enviado
pelo circuito e repassar para os motores.
Buffer
O buffer é uma pequena memória que tem a função de armazenar dados
durante o processo de comunicação do HD com o computador. É também
conhecido como cache, já que, a sua forma de trabalho e sua função é bem
parecida com a da memória cache encontrada nos microprocessadores. Quanto
maior a capacidade do buffer do HD, melhor será seu desempenho16. Nos HDs
atuais, encontramos buffers com capacidade entre 2 MB a 64 MB.
Interior do HD
Os componentes internos de um HD ficam dentro de uma caixa metálica
selada, também conhecida por HDA (sigla do inglês Hard Drive Assembly, em
português: Unidade Rígida de Montagem). Essa caixa é selada para evitar que
qualquer partícula de poeira possa entrar e danificar as superfícies dos discos
onde as informações são gravadas, por isso, a montagem dos HDs são realizadas
em salas especialmente limpas. Devido a isto, não há muito o que fazer, em
termos de montagem e manutenção, em relação a esta parte do HDs, já que não
poderemos abrir ele em hipótese alguma; apenas empresas que trabalham com
recuperação de dados possuem salas adequadas para esse tipo de tarefa.
16 Diferente dos microprocessadores, onde um aumento de cache, dobrando a sua capacidade por exemplo, melhora o desempenho em até 10%, no HD as melhorias vão até um limite, onde depois disso o ganho é relativamente baixo.
117
Figura 140 -‐ Caixa (HDA) do HD
Mesmo sabendo dessa dificuldade de acesso ao interior dos discos rígidos,
podemos entender o funcionamento das suas partes internas. Vamos encontrar
basicamente dentro do HDA os seguintes componentes: os discos, o motor, o
braço, as cabeças de leitura/gravação e o atuador.
Discos
Os discos, também chamados de pratos, são os componentes onde
realmente a informação fica gravada no HD. São fabricados normalmente em
alumínio (ou de algum tipo de cristal) recobertos por algum material magnético
e por uma camada de proteção. Quanto mais denso for o material magnético
usado na sua fabricação, maior será sua capacidade de armazenamento. A
maioria dos HDs atuais também contam com mais de um disco, um sobre o outro,
para aumentar sua capacidade. É possível gravar informações nos dois lados do
disco.
Figura 141 -‐ Discos do HD
118
Motor
Os pratos do HD ficam posicionados sob um motor que tem a função de
girar esses discos para que diferentes áreas deles possam ser acessadas. Esse
motor atua em diferentes rotações (rpm) dependendo do modelo do HD. Quanto
maior for essa velocidade de rotação, mais rapidamente um dado será alcançado
e melhor será o desempenho do HD. Os discos rígidos dos PCs atuais trabalham
nas rotações de 5400 rpm, 7200 rpm ou 10000 rpm. Nos notebooks, é comum
encontrarmos HDs de 4200 rpm, mas, já encontramos modelos de 5400 rpm e
7200 rpm.
Figura 142 -‐ Motor de rotação do HD
Braço e Cabeça de Leitura/Gravação
Para que os dados possam ser lidos e gravados nos discos, o HD conta
com um dispositivo chamado de cabeça (ou cabeçote) de leitura/gravação. Essa
cabeça de leitura/gravação é um item bem pequeno mas contém uma bobina
geradora de impulsos magnéticos que conseguem manipular as moléculas
presentes na superfície dos discos e assim ler e gravar os dados. Para cada lado
de um disco presente no HD temos uma cabeça de leitura/gravação.
Figura 143 -‐ Cabeças de leitura/gravação do HD
119
As cabeças de leitura/gravação ficam posicionados na ponta de outro
componente interno do HD: o braço. É esse braço que se move e posiciona os
cabeçotes em diferentes áreas nas superfícies dos discos. Devido a esta junção
com o braço, todos os cabeçotes movimentam-‐se sempre juntos.
Figura 144 -‐ Braço do HD
É comum pensarmos que as cabeças de leitura/gravação tocam os discos,
como acontece por exemplo nos antigos LPs, mas, isso não acontece. Existe uma
distância, extremamente pequena, entre eles. A “comunicação” entre o discos e o
cabeçote ocorre através de impulsos magnéticos como já comentamos.
Figura 145 -‐ Disco danificado
Atuador
A movimentação do braço do HD depende da atuação de uma espécie de
motor, denominado atuador. O atuador, também é chamado de voice coil
(bobina de voz) por utilizar a mesma tecnologia empregada nos alto-‐falantes
120
para realizar a movimentação do braço: uma bobina imersa em um campo
magnético gerado por um imã. A corrente elétrica que passa por essa bobina é
quem determina como será a movimentação desse braço: dependendo da
direção da corrente na bobina, o braço ira mover-‐se para um lado ou para o
outro e, modificando-‐se a intensidade dessa corrente, o braço irá se mover mais
ou menos.
Figura 146 -‐ Atuador do HD
Leitura e Gravação dos Dados
Já sabemos agora que os discos (pratos) que ficam internamente no HD
são os reais responsáveis pelo armazenamento dos dados e também conhecemos
as funções do demais componentes no processo de leitura e gravação desses
dados, mas, precisamos detalhar um pouco melhor como realmente este
processo acontece.
Os discos de um HD são recobertos por uma camada de materiais
sensíveis ao magnetismo (geralmente óxido de ferro) extremamente fina. De
uma forma genérica, pode-‐se dizer que quanto mais fina for essa camada
magnética, maior será a sensibilidade do disco e por consequência, maior será a
sua densidade de gravação, ou seja, mais dados poderão ser armazenados neste
disco.
Esta tecnologia de cobertura magnética evoluiu bastante até os dias
atuais. Os primeiros discos utilizavam a mesma tecnologia empregada nos
disquetes, chamada coated media, que possuíam baixa densidade e pouca
durabilidade. Os discos atuais já utilizam a tecnologia plated media, que usa
121
uma mídia laminada com muito mais qualidade e densidade o que permite a
enorme capacidade de armazenamento que encontramos hoje em dia.
As cabeças de leitura/gravação funcionam como eletroímãs (compostos
de uma bobina de fios que envolvem um núcleo de ferro). Esse eletroímãs
conseguem manipular as moléculas da superfície dos discos através dos seus
polos (positivo e negativo). Os eletroímãs possuem a capacidade de alternar seus
polos, com isso, enquanto os discos estão girando, essa polaridade é alternada
algumas milhões de vezes por segundo e dessa forma, as moléculas da superfície
conseguem dos discos também são alternadas seguindo aquela lei física bem
conhecida: “os opostos se atraem”.
De acordo com a direção que os polos assumam, é possível representar o
bit 0 ou 1. Cada bit gravado no disco é formado por uma sequência de várias
moléculas. Quanto maior for a densidade do disco, menos moléculas serão
necessárias para representar cada bit, por isso, quanto mais denso é um disco,
maior é sua capacidade de armazenamento. No processo de leitura dos dados, o
cabeçote simplesmente verifica o campo magnético que esta sendo gerado por
essas moléculas e gera uma corrente elétrica correspondente, cuja variação é
analisada pela controladora do HD para determinar qual bit, 0 ou 1, esta
gravado.
Percebemos que a atuação das cabeças de leitura/gravação precisa ser
muito precisa já que ela trabalha à nível molecular, ou seja, em nível
microscópico. A medida que os materiais magnéticos dos discos se tornam mais
densos e por sua vez, a quantidade de moléculas para representar os bits
também diminui, o sinal magnético gerado por eles também é reduzido. Dessa
forma, as cabeças de leitura/gravação precisam ser cada vez menores e mais
precisas na sua atuação.
Geometria do HD
Vimos como acontece o processo de leitura e gravação dos dados no
discos, mas, para que esses dados venham a ter um “significado” nos
computadores eles precisam estar “ordenados” de alguma forma. Para essa
ordenação, utiliza-‐se um esquema conhecido como “geometria dos discos”. Nessa
geometria, os discos são “divididos” em três partes: trilhas, setores e cilindros.
122
Trilhas
As trilhas de um disco são círculos que começam a partir do seu centro e
se propagam, como se estivessem um dentro do outro, até a sua borda. Essas
trilhas recebem um numeração iniciando a contagem em 0 da borda para o
centro, isto é, a trilha mais próxima da extremidade do disco é denominada trilha
0, a trilha seguinte é a trilha 1 e assim por diante até se chegar a trilha mais
próxima ao centro do disco.
Setores
Cada trilha é dividida em minúsculos trechos regulares chamados de
setor. Cada setor possui uma determinada capacidade de armazenamento (pré-‐
definida em fábrica). Geralmente essa capacidade de armazenamento é de
apenas 512 bytes.
Cilindros
Os cilindros são uma estrutura que tem haver com a forma de
funcionamento do braço e cabeçotes do HD. Vimos que esse braço movimenta
todos os cabeçotes de uma única vez. Então, imaginemos agora que seja
necessário ler a trilha 56 do lado superior do disco 1. O braço então irá
posicionar a cabeça que atua sobre a parte superior deste disco sobre esta trilha
e fará com que as demais fiquem posicionadas sobre a mesma trilha nos seus
respectivos discos de atuação. A esse posicionamento damos o nome de cilindro,
já que, se fosse possível sua visualização em 3D veríamos a formação de uma
forma geométrica cilíndrica.
Figura 147 -‐ Geometria do HD
123
Formatação Física e Lógica
Para que os discos possam realmente receber os dados, eles necessitam
primeiramente serem preparados para que os sistemas operacionais possam
assim gravar esses dados de maneira organizada para poder recuperá-‐los num
momento posterior. Essa preparação consiste no processo de formatação. A
formatação dos discos é divida em duas etapas: formatação física e formatação
lógica.
A formatação física, também chamada de formatação de baixo nível, é
realizada sempre na fábrica ao final do processo de produção dos discos. Ela
consiste na divisão dos discos virgens em trilhas, setores e cilindros. Durante
esse processo, alguns setores podem apresentar problemas (os chamados Bad
Blocks) e precisam ser isolados para que não sejam usados pelo sistema
operacional. A formatação física é feita uma única vez e não pode ser desfeita ou
refeita através de softwares.
A formatação lógica por sua vez, não altera a estrutura lógica criada pela
formatação física e pode ser realizada quantas vezes forem necessárias. O
processo de formatação lógica consiste na aplicação de um sistema de arquivos
apropriado para o sistema operacional que vá ser instalado. Cada sistema de
arquivos tem suas características próprias como por exemplo o controle de
acesso dos usuários e grupos. Os sistemas de arquivos mais utilizados são o FAT,
FAT32 e NTFS, utilizados pelos sistemas operacionais da família Windows, o
ext2, ext3 e RaiserFS, utilizados por diversas distribuições Linux, e o HFS e HFS+,
utilizados pelos sistemas Mac OS X.
Particionamento
Quando vamos realizar a formatação lógica em um HD, podemos realizar
um processo chamado de particionamento. O particionamento de um disco
consiste na subdivisão da sua unidade física em unidades lógicas. Cada unidade
lógica criada recebe o nome de partição.
As partições podem possuir tamanhos (capacidade) variados e apresentar
sistemas de arquivos distintos entre si. Dependendo do sistema de arquivo que
foi aplicado à partição, o sistema operacional poderá utilizá-‐la ou não para a
gravação e leitura dos dados.
124
Figura 148 -‐ Figura abstrata do particionamento de um HD
O processo de particionamento normalmente ocorre no momento que
estamos instalando o sistema operacional do PC, mas, existem programas
específicos para essa função que podem realizar particionamentos e
redimensionamentos das partições mesmo quando o SO já esta instalado. Em
alguns casos de redimensionamento os dados precisam ser movidos
internamente no HD, o que pode tornar o processo muito lento.
Figura 149 -‐ Softwares para particionamento e redimensinamento do HD
Setor de BOOT
Já vimos no capítulo sobre microprocessadores que o computador ao ser
iniciado passa pelo processo de BOOT e em determinado momento precisa
procurar nas mídias um sistema operacional para carregar na memória RAM e
iniciar sua operação propriamente dita.
Independente do sistema operacional que seja instalado no PC, o primeiro
setor do disco rígido é reservado para o armazenamento das informações de
localização deste sistema. É dessa forma que a BIOS consegue achar o SO e dar
prosseguimento ao seu carregamento.
125
No setor de BOOT, também chamado de trilha 0, é que ficam registradas
informações como onde o sistema operacional (ou mais de um sistema se for o
caso) esta instalado, com qual sistema de arquivos o disco (ou partição) foi
formatado e quais arquivos necessitam ser lidos para o SO entrar em operação.
Essas informações ficam gravadas no MBR (sigla do inglês Master Boot Record,
em português: Registro de Inicialização Mestre), uma espécie de arquivo que
contém toda essa estrutura organizacional do disco. Normalmente quando
instalamos um novo sistema operacional o MBR é sobrescrito com as novas
informações do sistema que esta sendo instalado.
Como já foi citado, mais de um sistema operacional pode ser instalado em
um computador. Com isso, temos que ter alguma forma de poder escolher qual
sistema queremos usar ao iniciarmos o PC. Para isso, existe um software
chamado de gerenciador de boot (boot manager) que é gravado no MBR. A
maior parte dos sistemas operacionais contam um boot manager: a família
Windows conta com o NTLDR e os Linux usam o Lilo ou o Grub.
Figura 150 -‐ Boot manager Windows (cima) e Linux
126
Capacidade
A capacidade de um disco rígido, da mesma forma que acontece nas
memórias, é a quantidade máxima de dados (bits) que este pode armazenar.
Também utilizam a unidade de medida bytes (mega, giga, tera, etc.) para
representar seu tamanho.
Um detalhe interessante em relação a capacidade dos discos rígidos (e
memórias de uma maneira geral) é que os fabricantes utilizam potências de 10
para representar o crescimento dessa capacidade, enquanto que o computador
trabalha com potência de 2. Dessa forma, 1 KB para os fabricantes de HDs é igual
a 1000 bytes e para o SO é 1024 bytes. Então, é comum comprarmos um HD ou
pen-‐drive de, por exemplo, 8 GB e o sistema nos informar uma quantidade
menor (ex.: 7,41 GB), pois, quando ocorre a conversão para a base 2, esse valor
diminui. A tabela abaixo trás alguns exemplos de valores que encontramos nos
HDs e o seu respectivo valor no SO:
Informado na Venda Reconhecido no Sistema 1 GB 0,93 GB 2 GB 1,86 GB 4 GB 3,72 GB 8 GB 7,41 GB
40 GB 37,25 GB 80 GB 74,53 GB
100 GB 93,13 GB 120 GB 111,76 GB 160 GB 149,01 GB 200 GB 186,26 GB 250 GB 232,83 GB 500 GB 465,66 GB
1 TB 931,32 GB 2 TB 1.862,64 GB 3 TB 2.783,96 GB
Tabela 9 -‐ Capacidade do HD na venda X capacidade reconhecida no SO
A formatação física também pode deixar a capacidade do HD menor, pois,
cada bad block encontrado é inutilizado, reduzindo assim a capacidade total do
disco rígido.
127
Placa de Vídeo
A placa de vídeo (ou placa gráfica) é o componente do computador
responsável pela geração das imagens do computador que serão exibidas nos
dispositivos de projeção (monitores, projetores multimídia, televisores, etc.).
On-‐board x Off-‐board
Muitos dos computadores atuais trazem a placa de vídeo integrada a sua
placa-‐mãe. Nesses casos, a placa de vídeo não possui memória dedicada e precisa
utilizar parte da memória RAM do sistema para poder funcionar. Chamamos esse
tipo de placa de vídeo de on-‐board ou compartilhada. Placas de vídeo off-‐board
(também chamadas de dedicadas) utilizam uma memória própria para realizar
suas tarefas.
Em relação ao desempenho, as placas dedicadas apresentam grande
vantagem em relação as compartilhadas devido à diversos fatores, dentre eles
podemos citar:
• As memórias utilizadas nas placas dedicadas são mais velozes
(apresentam menores latências);
• Por não utilizarem parte da memória RAM, o sistema, de uma maneira
geral, fica mais rápido;
• Utilizam um barramento de comunicação (AGP, PCI-‐e, etc.) próprio sem a
necessidade de compartilhamento com outros periféricos;
• Podem utilizar um processador próprio que ajuda o processador principal
do computador na tarefa de criação das imagens.
GPU
A GPU (sigla do inglês Graphics Processing Unit, em português: Unidade
de Processamento Gráfico), ou chip gráfico, é a parte mais importante de placa
de vídeo. É a GPU que realiza os cálculos matemáticos e rotinas para a criação
das imagens. Além de trabalhar acelerando a criação das imagens básicas, efeitos
visuais bidimensionais (2D), a GPU também é responsável pela geração dos
128
efeitos tridimensionais (3D) bastante utilizados em aplicações de imagem 3D,
como por exemplo os jogos de computador.
Da mesma forma que ocorre com a CPU, diversos modelos de GPUs estão
disponíveis no mercado. Elas se diferenciam pelo seu poder de processamento,
existindo as mais poderosas, utilizadas no processamento de aplicações 3D
complexas (por exemplo jogos e produção de filmes), e as mais simples que são
encontradas nos computadores de baixo custo. A velocidade da GPU, como
também ocorre nas CPUs, é medida pela sua frequência de trabalho, ou seja, pelo
seu clock. As principais fabricantes de GPU são a NVIDIA, ATI/AMD e Intel.
Placas de vídeo on-‐board também podem apresentar GPUs, sendo que
essas são integradas aos chipsets ou um chip exclusivo diretamente conectado à
placa-‐mãe.
Resolução e Cores
A resolução de uma placa de vídeo é uma característica que indica a
quantidade máxima de pixels (pontos que compõem uma imagem) que a placa
pode exibir. É apresentada na forma [coluna]x[linha], então, uma placa gráfica
com resolução de 1600x900 consegue gerar 1600 pixels na horizontal e 900
pixels na vertical, totalizando um montante de 1.440.000 (Hum milhão e
quatrocentos e quarenta mil) pixels.
Quanto maior for a resolução de um placa de vídeo, maior será a
quantidade de informações que poderão ser exibidas no dispositivo de projeção.
Os dispositivos de projeção também possuem uma resolução máxima, dessa
forma, como os dois são usados em conjunto para a exibição das imagens do PC,
o que possuir a resolução mais baixa será o limitador desta característica.
Para a geração das imagens coloridas que obtemos hoje em dia nos
nossos computadores, os dispositivos de projeção se utilizam do padrão RGB. O
padrão RGB (Red Green Blue) utiliza a emissão de três luzes nas cores vermelho,
verde e azul para a criação das demais. Cada pixel é então formado por um feixe
de luz que combina variações de intensidade dessas três cores para a criação das
demais cores e seus tons derivados. Quanto mais variações de intensidade forem
possíveis, mais cores poderão ser formadas.
129
A quantidade de cores depende do número de bits alocados para cada
pixel. Para um dispositivo que utilize 8 bits por pixel, teremos 256 cores
possíveis. Esse cálculo não é nada mais do que 2 elevado a quantidade de bits por
pixel (2ˆ8 = 256). Placas de vídeo que utilizam 32 bits por pixel, como as atuais,
conseguem criar bilhões de cores, mais precisamente 2ˆ32 = 4.294.967.296
cores.
Durante a evolução das placas de vídeo, surgiram padrões que
referenciavam a quantidade de cores e a resolução com que elas trabalhavam.
Dentre os padrões podemos citar:
• CGA (Color Graphics Adapter) : resoluções de 320x200 (algumas
placas chegando a 640x200) com até 4 cores simultâneas das 16
possíveis;
• EGA (Enhanced Graphics Adapter) : resolução de 640x350 com 16
cores ao mesmo tempo dentre as 64 disponíveis;
• VGA (Video Graphics Adapter) : resoluções de 640x480 com 256
cores simultaneamente ou 800x600 com 16 cores ao mesmo tempo;
• SVGA (Super VGA) : inicialmente indicava a resolução máxima do
padrão VGA (800x600 com 4 bits) mas logo passou a designar uma
resolução de 1024x768 com 8 bits (256 cores).
A partir do padrão SVGA foi que as placas de vídeo passaram a suportar
resoluções cada vez maiores e uma quantidade de cores na casa dos milhões, por
isso, é o padrão tido como atual. Tanto a resolução quanto a quantidade de cores
utilizada podem ser modificadas por recursos específicos dos sistemas
operacionais.
Memória de Vídeo
Como já falamos anteriormente, as placas de vídeo necessitam de
memória para poderem operar. A quantidade de memória e a sua velocidade são
fatores que influenciam diretamente no seu desempenho (assim como o clock da
sua GPU). As memórias utilizadas nas placas gráficas não são muito diferentes
130
das memórias RAM utilizadas nos PCs, inclusive é bem comum encontrarmos
placas que utilizam esse chips de memória dos tipos DDR, DDR2 e DDR3.
Entretanto, as placas de vídeo mais avançadas utilizam um tipo de
memória criada especificamente para aplicações gráficas: memórias GDDR (sigla
do inglês Graphics Double Data Rate). As memórias GDDR diferem das DDR
basicamente no tocante as voltagem, frequência e latência de trabalho.
Atualmente, existem as versões de memória GDDR1 até a GDDR5, sendo a versão
GDDR3 mais comumente encontrada no mercado de placas de vídeo.
Vale ressaltar aqui também que, da mesma forma que acontece com as
memórias RAM, o barramento de transferência de informações (bus) das placas
de vídeo exerce forte influência no seu desempenho final. Quanto maior for esse
barramento, mais dados vão ser transferidos por vez aumentando dessa forma o
desempenho de vídeo do sistema. Placas gráficas de baixo custo utilizam
barramento de 64 bits chegando no máximo à 128 bits. As placa de vídeo
avançadas utilizam barramentos de 256 ou 512 bits e as top de linha atuais
chegam à 1024 bits.
Barramentos de Vídeo
Como já vimos no capítulo sobre placa-‐mãe, as placas de vídeo podem ser
conectadas em diversos tipos de barramentos desta. As placas gráficas mais
antigas utilizam o barramento PCI, cuja taxa de transferência padrão atinge a
casa dos 133 MB/s.
Quando o padrão PCI se tornou insuficiente para as aplicações gráficas
que surgiam, criaram o barramento AGP (Accelerated Graphics Port) cuja
função é dedicada para aplicações gráficas. As versões mais comumente
encontradas deste padrão são o AGP 4x e AGP 8x (atingindo taxas de
transferência de 1056 MB/s e 2112 MB/s respectivamente).
Nos dias atuais, com o avanço cada vez mais rápido das aplicações
gráficas, o barramento PCI Express vem tomando o lugar do AGP para conexão
das placas de vídeo. As versões PCIe 16x (4000 MB/s de transferência de dados)
e PCIe 32x (8000 MB/s de transferência de dados) são as mais utilizadas pelas
placas gráficas.
131
Conectores de Vídeo
Para que os gráficos gerados pelo computador possam ser visto pelo
usuário, algum dispositivo de projeção (monitor, tv, etc.) precisa ser conectado à
placa de vídeo para que as imagens sejam exibidas. Existem diversos conectores
no mercado cada um com suas características. Apresentaremos aqui uma
listagem dos mais facilmente encontrados nas placas de vídeo em ordem
crescente de qualidade:
• RCA : Também conhecido como vídeo composto, utiliza apenas um fio para
transmissão do sinal de vídeo. Bastante utilizado para conexão com
televisores antigos.
Figura 151 -‐ Conector e cabo RCA • S-‐Video : Sigla do inglês Separated Video (Vídeo Separado), esse padrão
utiliza dois fios para a transmissão das imagens; um para transmitir a
imagem em preto-‐e-‐branco e o outro para transmitir as informações de cor.
TVs um pouco mais novas e alguns projetores multimídia apresentam essa
conexão.
Figura 152 -‐ Conector e cabo s-‐video
132
• VGA : Utiliza um conector de 15 pinos (nem sempre todos são utilizados)
conhecido como D-‐Sub ou HD15. Transmite a imagem utilizando o padrão
RGB, com fios independentes para cada sinal de cores e sincronia (horizontal
e vertical). É o conector padrão encontrado nos monitores (CRT e LCD), TVs e
projetores multimídia dos dias de hoje.
Figura 153 -‐ Conector e cabo VGA • DVI : Sigla do inglês Digital Visual Interface (Interface de Vídeo Digital), é
um conector mais novo que possui a capacidade de transmitir sinais de vídeo
de forma digital. Encontrado na maioria dos monitores LCD e projetores
multimídia atuais.
Figura 154 -‐ Conector e cabo DVI • HDMI17 : Sigla do inglês High-‐Definition Multimedia Interface (Interface
Multimídia de Alta Definição), é o melhor tipo de conexão existente hoje em
dia. É totalmente digital e consegue atingir resoluções maiores que no padrão
17 O conector HDMI pode utilizar o mesmo cabo para transmissão de sinal de áudio digital, eliminando assim a necessidade de um cabo extra para a conexão de áudio.
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DVI. Facilmente encontrado nas TVs de alta-‐definição e em alguns modelos
de monitores LCD e projetores multimídia.
Figura 155 -‐ Conector e cabo HDMI
