INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO PLACA MÃE · de ainda podermos encontrar placas em ambos os padrões, a ... que suportam os processadores Pentium, Pentium MMX, K6, K6-2,

INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA DA

INFORMAÇÃOPLACA MÃE

PROFESSOR CARLOS MUNIZ

INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃOPLACA MÃE

• PLACA MÃE

Professor Carlos Muniz [email protected] 2

A função da placa mãe é criar meiospara que o processador possacomunicar-se com todos os demaisperiféricos do micro com a maiorvelocidade e confiabilidade possíveis. Onome “placa mãe” é mais do que justo,já que todos os demais componentes sãoencaixados nela. O suporte a novastecnologias, as possibilidades deupgrade e, até o ponto certo, aperformance do equipamento sãodeterminados pela placa mãe.


• FORMATO


Existem tanto placas no formato AT (não desliga sozinha), maisantigo, quanto o formato ATX (desliga sozinha). Os dois padrõesdiferenciam-se basicamente pelo tamanho: as placas adeptas dopadrão ATX são bem maiores, o que permite aos projetistas criarplacas com disposições mais racionais dos vários componentes,evitando que fiquem amontoados. Gabinetes para placas ATXtambém são maiores, o que permite uma melhor ventilação. Apesarde ainda podermos encontrar placas em ambos os padrões, atendência é que o padrão AT seja completamente substituído peloATX.


• SUPORTE


Como vimos anteriormente, as placas mãe suportamvários processadores diferentes, mas claro, não todos. Asplacas se dividem quanto ao encaixe para oprocessador e a velocidade de barramento suportada.Quanto ao encaixe, temos atualmente placas soquete 7que suportam os processadores Pentium, Pentium MMX,K6, K6-2, K6-3 e Cyrix 6x86, placas Slot One quesuportam processadores Pentium II, Celeron e Pentium III efinalmente, as placas soquete 370 que suportam apenaso Celeron.


• SUPORTE


Na placa soquete 7 o encaixe para o processador é branco equadrado, enquanto na placa Slot One ele é escuto e se parece como encaixe de um cartucho de videogame. Quanto a velocidade debarramento suportada, temos placas mãe que funcionam a 66 e100 Mhz. Note que uma placa mãe funciona com a freqüência bemmenor que o processador. Num 233 Mhz, onde o processadorfunciona a 233 Mhz por exemplo, a placa mãe funciona a apenas66 Mhz, enquanto num Pentium III 500 a placa mãe funciona a 100Mhz.


• SUPORTE


As placas mãe soquete 7 mais antigas, que funcionam a apenas 66Mhz, suportam apenas o Pentium, o MMX, o K6 e o 6x86 até o Pr266. Algumas suportam o K6-2 de 266 Mhz e o 6x86 Pr 300. asplacas soquete 7 mais modernas, apelidadas de “super 7” jáfuncionam a 100 Mhz, e suportam qualquer versão do K6-2, K6-3,ou 6x86. Vale lembrar que uma placa mãe que funciona a 100 Mhzpode ser configurada para funcionar a 66Mhz e funcionar emconjunto com um K6 de 233 Mhz por exemplo. Nas placas paraPentium II temos a mesma diferença, as placas Slot One mais antigas,equipadas com chipset LX que funcionam a 66 Mhz suportamapenas os Pentium II de 233, 266, 300 e 333 Mhz e o Celeron.


• SUPORTE


As placas mais modernas por sua vez, que funcionam a 100 Mhzsuportam além destes processadores, os Pentium II até 500 Mhz e oPentium III. Existem também placas soquetes 370, que suportamapenas o Celeron soquete 370. nestas placas o encaixe é muitoparecido com o soquete 7, porém um pouco maior. Toda placa comsoquete 370 funcionam a 66 Mhz, assim como o Celeron. As placaspara Pentium IV funcionam com um barramento de 333, 400 e 800Mhz, já as placas para Athlon XP funcionam com o barramento de266. 333 e 400 Mhz. (socket A).


• JUMPERS


Os jumpers são pequenas peças plásticas, internamentemetalizadas para permitir a passagem de corrente elétrica,sendo encaixados em contatos metálicos encontrados naplaca mãe ou em vários outros tipos de placas, funcionandocomo uma espécie de interruptor. Alternativas na posição deencaixe dos jumpers permitem programar vários recursos daplaca mãe, como a vantagem, tipo e voltagem deprocessador e memória usados, além de outros recursos. Aomontarmos um micro, os jumpers da placa mãe devem sercorretamente configurados, caso contrário podemos atémesmo danificar alguns componentes. Muitas placasmodernas são “jumperless”, ou seja, não possuem jumperalgum, sendo toda a configuração da placa feita atravésdo Setup.


• BARRAMENTOS


Os barramentos permitem ao processador comunicar-se com outrosperiféricos, como placas de vídeo, som e modems. O barramento écomo uma estrada que permite o tráfego de dados. Os slots da placamãe são apenas meios de conexão. Todos os slots PCI da placa mãe,por exemplo, compartilham o mesmo barramento, o barramento PCI,todos os slots ISA compartilham o barramento ISA enquanto, caso exista,o slot AGP usa sozinho o barramento AGP. Apesar de já terem existidovários tipos de barramentos diferentes, atualmente são usados 4 tiposde barramento: o ISA, o PCI , o AGP e o PCI Express.


• BARRAMENTOS


ISA

O ISA foi o primeiro barramento usado em micros PC,antes mesmo do XT. Apesar de antiquado e lento, o ISAainda é usado atualmente para conexão de periféricoslentos, como placas de som e modems, para os quaistransmissão de dados a 8 Megabytes por segundopermitida pelo ISA é suficiente. A tendência também éque o ISA seja aposentado dentro de pouco tempo. Amaioria das placas mãe modernas traz apenas um slotISA, e muitas não trazem nenhum. Além disso, cada vezmais modelos de placas de som e modems são lançadosnos modelos PCI.


• BARRAMENTOS


PCI

O PCI é o barramento mais utilizadoatualmente. Permite a transferência de133 Megabytes por segundo, mais de 16vezes o permitido pelo ISA. Vocêencontrará vários periféricos em versãoPCI.


• BARRAMENTOS


O desenvolvimento de computadores cada vez mais rápidos eeficientes é uma necessidade constante. No que se refere aosegmento de computadores pessoais, essa necessidade deevolução é incentivada principalmente por aplicações comojogos, vídeos em alta definição e internet em banda larga. Noque se refere às áreas gráficas, os avanços são incríveis,porém exigem e geram maior volume de dados. Para lidarcom essa realidade, uma das medidas da indústria foi acriação do barramento PCI Express, o substituto dosbarramentos PCI (Peripheral Component Interconnect) e AGP(Accelerated Graphics Port).


• USB


O USB é a tentativa de criar um novo padrão para aconexão de periféricos externos. Suas principais armassão a facilidade de uso e a possibilidade de seconectar vários periféricos em uma porta USB. Jáexistem no mercado vários periféricos USB, que vão demouses e teclados à placas de rede, passado porscanners, impressoras, Zip drives, modems, câmeras devideoconferência e muitos outros.


• USB


Podemos conectar até 127 periféricos a uma única saída USBem fila, ou seja, conectando o primeiro periférico à saída USBda placa mãe da placa mãe e conectando os demais a ele. Asaída USB do micro é chamada raiz do barramento. A este nóprincipal podemos conectar outros nós chamados hubs. Um hubnada mais é do que um benjamim que disponibiliza maisencaixes, sendo 7 o limite por hub. O hub possui permissãopara fornecer mais níveis de conexões, o que permite conectarmais hubs ao primeiro, até alcançar o limite de 127 periféricospela porta USB. A idéia é que periféricos maiores comomonitores e impressoras possam servir como hubs,disponibilizando várias saídas cada um. Os “monitores USB”nada mais são que monitores comuns com um hub USBintegrado.


• PEDIDO DE INTERRUPÇÃO (IRQ)


Nos micros PC, existe um recurso chamado de pedido de interrupção. A função dospedidos de interrupção é permitir que os vários dispositivos do micro façamsolicitações ao processador. Existem 16 canais de interrupção, chamados de IRQ(“Interrupt ReQuest” ou “pedido de interrupção”), que são como cordas que umdispositivo pode puxar para dizer que tem algo para o processador. Quandosolicitado, o processador para tudo que estiver fazendo para dar atenção aoperiférico que esta chamando, continuando seu trabalho após a atendê-lo. Doisdispositivos não podem compartilhar a mesma interrupção, caso contrário teremosum conflito de hardware. Isso acontece por que neste caso, o processador nãosaberá qual dispositivo esta chamando, causando os mais diversos tipos de maufuncionamento dos dispositivos envolvidos. Normalmente os IRQs ficam ocupadosda seguinte forma:




Nos micros PC, existe um recurso chamado de pedido de interrupção. A função dospedidos de interrupção é permitir que os vários dispositivos do micro façamsolicitações ao processador. Existem 16 canais de interrupção, chamados de IRQ(“Interrupt ReQuest” ou “pedido de interrupção”), que são como cordas que umdispositivo pode puxar para dizer que tem algo para o processador. Quandosolicitado, o processador para tudo que estiver fazendo para dar atenção aoperiférico que esta chamando, continuando seu trabalho após a atendê-lo. Doisdispositivos não podem compartilhar a mesma interrupção, caso contrário teremosum conflito de hardware. Isso acontece por que neste caso, o processador nãosaberá qual dispositivo esta chamando, causando os mais diversos tipos de maufuncionamento dos dispositivos envolvidos. Normalmente os IRQs ficam ocupadosda seguinte forma:




IRQ 0 – Usado pela placa mãeIRQ 1 – TecladoIRQ 2 – Usado pela placa mãeIRQ 3 – Porta Serial 1 (COM2 e COM4)IRQ 4 – Porta Serial 2 (COM1 e COM3)IRQ 5 – Placa de SomIRQ 6 – Drive de disquetesIRQ 7 – LPT1 (porta da impressora)IRQ 8 – Relógio de tempo realIRQ 9 – Placa de Vídeo (Não necessário em algumas placas)IRQ 10 – Controladora SCSI (Caso você não possua nenhuma, este IRQ ficará vago)IRQ 11 – DisponívelIRQ 12 - Conector USBIRQ 13 – Co processador aritméticoIRQ 14 – Controladora IDE PrimáriaIRQ 15 – Controladora IDE Secundária




Vale lembrar, que caso não tenhamos instalado um determinado dispositivo, ainterrupção destinada a ele ficará vaga. Podemos também mudar os endereçosdos periféricos instalados, podendo por exemplo instalar uma placa de som emoutra interrupção disponível e usar a interrupção 5 para outro dispositivo. Vocêpoderá alterar o endereço de IRQ usado por um periférico através dogerenciador de dispositivos do Windows (painel de controle / sistema /gerenciador de dispositivos) ou em alguns casos através de jumpers localizados nopróprio periférico.


• DMA (ACESSO DIRETO A MEMÓRIA)


O DMA visa melhorar a performance geral do micro, permitindo que os periféricostransmitam dados diretamente para a memória, poupando o processador de maisesta tarefa. Existem 8 portas DMA, e como acontecem com os pedidos deinterrupção, dois dispositivos não podem compartilhar o mesmo dispositivo DMA,caso contrário haverá um conflito. Os canais DMA são numerados de 0 a 7, sendoque nos canais de 0 a 3 a transferência de dados é feita a 8 bits e nos demais a16 bits. O uso de palavras binárias de 8 bits pelos primeiros 4 canais de DMA visamanter compatibilidade com periféricos mais antigos. Justamente por serem muitolentos, os canais DMA são utilizados apenas por periféricos lentos como drive dedisquete, placas de som e portas paralelas padrão ECP.


• DMA (ACESSO DIRETO A MEMÓRIA)


Periféricos mais rápidos utilizam o Bus Mastering, uma espécie de DMAmelhorado. O Canal 2 de DMA é nativamente usado pela controladora dedisquetes. Uma placa de som geralmente precisa de dois canais de DMA,um de 8 e outro de 16 bits, usando geralmente o DMA 1 e 5. o DMA 4 éreservado à placa mãe. Ficamos então com os canais 3, 6 e 7 livres. Casoa porta paralela do micro seja configurada no Setup para operar emmodo ECP, também precisará de uma DMA, podemos então configurá-lapara usar o canal 3.

INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO

PROCESSADORES• PROCESSADORES


Apesar de ser o componente principalde um microcomputador, o processadordepende da ajuda dos demaiscomponentes. Caso apenas umcomponente apresente baixodesempenho, o desempenho global domicro ficará prejudicado,independentemente de quão rápidoseja o processador. Não adianta colocarum motor de Ferrari em um Fusca.




Um mero K6 ou Pentium MMX combastante memória RAM, um HDrápido e uma boa placa de vídeo,pode até mesmo bater aperformance de um Pentium III comum conjunto fraco. Atualmente vocêencontrará a venda à vendaprocessadores Core 2 Duo, Core I3,I5, I7 e etc...




Determinar qual processador é a melhoropção da compra em cada caso, é umatarefa difícil, pois um processador que éadequado a uma determinadaaplicação, pode ser muito ruim emoutra.




Quando vamos comprar umprocessador, a primeira coisa queperguntamos é qual a sua freqüência deoperação, ou sua velocidade, medidaem Megahertz (Mhz) ou milhões deciclos por segundo.




Acontece que nem sempre umprocessador com uma velocidade deoperação mais alta é mais rápido queoutro que opera a uma freqüência umpouco mais baixa: a freqüência deoperação de um processador indicaquantas operações são executadas porsegundo, o que ele é capaz de fazerem cada operação já é outra história.




Imagine um 486 de 100 Mhz, ao ladode um Pentium também de 100 Mhz.Apesar da freqüência de operação sera mesma, o 486 perderia feio nodesempenho. Na prática, o Pentiumseria pelo menos 2 vezes mais rápido.Isto acontece devido à diferenças naarquitetura dos processadores etambém no co-processador aritmético ecache.


PROCESSADORES• CO-PROCESSADOR ARITMÉTICO


Todos os processadores da família x86,usada em micros PC, são basicamenteprocessadores de números inteiros.Muitos aplicativos porém, precisamutilizar números fracionários, assim comofunções matemáticas complexas, comoseno, co-seno, tangente e etc., pararealizar suas tarefas.


PROCESSADORES• CO-PROCESSADOR ARITMÉTICO


Este é o dados de programas de CAD,planilhas, jogos com gráficostridimensionais e de processamento deimagens em geral. Como o processadorprincipal é incapaz de executar estetipo de operação, depende da ajudado co-processador aritmético, um“auxiliar” que executa estas operaçõessempre que necessário. A partir do 486,todos os processadores trazem um co-processador aritmético embutido.Diferenças no desempenho do co-processador determinam a performancedo processador nestes aplicativos.


PROCESSADORES• MEMÓRIA CACHE


Enquanto os processadores tornaram-se quase 5000 vezes mais rápidos desdeo 8088 (processador usado no XT) a memória RAM, sua principal ferramentade trabalho, pouco evoluiu em performance. Quando foram lançados osprocessadores 386, percebeu-se que as memórias não eram mais capazes deacompanhar o processador em velocidade, fazendo com que muitas vezes eletivesse que ficar “esperando” os dados serem liberados pela memória RAMpara concluir suas tarefas, perdendo muito em desempenho. Para solucionareste problema, começou a ser usada a memória cache, um tipo ultra-rápido dememória, que serve para armazenar os dados mais freqüentemente usadospelo processador, evitando na maioria das vezes que ele tenha que recorrer àcomparativamente lenta da memória RAM.




Sem ela, o desempenho do sistema ficaria limitado à velocidade da memóriapodendo cair em até 90%. Usamos dois tipos de cache, chamados de cacheprimário, ou cache L1 (level 1), e cache secundário (level 2). O cache primárioé embutido no próprio processador e é rápido o bastante para acompanhá-loem velocidade. Sempre que um novo processador é desenvolvido é precisodesenvolver também um tipo mais rápido de memória cache para acompanhá-lo. Como este tipo de memória é extremamente caro (chega a ser algunsmilhares de vezes mais caro que a memória RAM convencional) usamos apenasuma pequena quantidade dela. O 486 traz apenas 8 Kb, o Pentium traz 16kb,o Pentium II traz 32 Kb enquanto o K6-2 traz 64 Kb, um Pentium III traz 128 Kbe vai por aí. Para complementar, usamos também um tipo um pouco mais lentode memória cache na forma de cache secundário.




Por ser muito mais barato, podemos usar uma quantidade muito maior. Nosmicros 486 o mais comum é o uso de 128 ou 256 Kb de cache L2, enquantonos micros mais modernos o mais comum é o uso de 512 Kb. Dependendo doprocessador usado, o cache L2 pode ser vir dentro do processador (como ocache L1) ou fazer parte da placa mãe. Sempre que o processador precisarler dados, ele procurará primeiro o L1. Caso o dado seja encontrado, ele nãoperderá tempo, já que o cache primário funciona na mesma freqüência queele. Caso o dado não esteja em L1, então o próximo a ser indagado será ocache L2. encontrado o dado na cache secundário, o processador já perderáalgum tempo, mas não tanto quanto se precisasse acessar a memória RAM.




Por outro lado, caso o dado não esteja em nenhum dos dois caches, não lherestará outra saída senão perder vários ciclos de processamento esperando odado ser fornecido pela lenta memória RAM. Diferenças na quantidade docache L1, e na velocidade do cache L2 influencia significativamente navelocidade do processador.


PROCESSADORES• DIFERENÇAS NA ARQUITETURA


Diferenças na arquitetura interna, ou seja, no projeto do processador e naqualidade dos transístores que o formam, também determinam em quaisoperações o processador será mais rápido. Basicamente, um processadordesempenha dois tipos de operações diferentes: as operações envolvendonúmeros inteiros e operações de ponto flutuante (envolvem números fracionáriose operações aritméticas mais complexas). As operações envolvendo númerosinteiros são feitas pelo núcleo principal do processador, enquanto asenvolvendo números fracionários são feitas pelo co-processador aritmético.


PROCESSADORES• DIFERENÇAS NA ARQUITETURA


Programas de escritório e Internet, como o Word, Excel, Power Point, InternetExplorer, Netscape e o próprio Windows, utilizam exclusivamente oprocessamento de números inteiros. Por outro lado, programas que manipulamgráficos, como o Auto CAD e o Corel Draw!, Photoshop, 3D Studio, eprincipalmente jogos que utilizam gráficos tridimensionais, como o Quakeutilizam predominantemente cálculos de ponto flutuante. Alguns modelos deprocessadores saem-se melhor em inteiros (como os processadores K6, K6-2 eK6-3 da AMD e o 6x86 da Cyrix), enquanto outros são melhores em cálculosem cálculos de ponto flutuantes (como o Pentium II e o Celeron, Pentium III e IV,Athlon Xp). Ao decidir em qual processador vai investir seu dinheiro, aaplicação à qual o micro se destina deve ser levada em consideração.

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