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HARDWARE COMPONENTES BÁSICOS E FUNCIONAMENTO Wagner de Oliveira

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HARDWARECOMPONENTESBÁSICOS E FUNCIONAMENTO

Wagner de Oliveira

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SUMÁRIO

� Hardware� Definição de Computador� Computador Digital� Componentes Básicos

� CPU� Processador� Memória� Barramento� Unidades de Entrada e saída� Periféricos� Placas de Expansão� Portas de E/S� Barramentos de expansão e portas comuns� Dispositivos de entrada e de saída� Placa mãe

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HARDWARE

� Conjunto de dispositivos elétricos/eletrônicos queenglobam a CPU, a memória e os dispositivosde entrada/saída de um sistema de computador

� Composto de objetos tangíveis: circuitosintegrados, placas de circuito impresso, cabos,fontes de alimentação, memórias, impressoras,monitores, teclados, etc.

� Parte física, aquela com a qual temos contato.

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DEFINIÇÃO DE COMPUTADOR

� Conjunto de dispositivos eletrônicos interligados,que conseguem executar um determinadotrabalho, orientado por um programa e emgrande velocidade.

Entrada ProcessamentoDados Informação

Saída

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COMPUTADOR DIGITAL

� Uma unidade central deprocessamento recebeinformações através deuma unidade deentrada de dados,processa estasinformações segundo asespecificações de umprograma armazenadoem uma unidade dememória, e devolve osresultados através deuma unidade de saídade dados;

Arquitetura de Von Neumann

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COMPUTADOR DIGITAL

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COMPONENTES BÁSICOS

Dispositivos de Entrada

Processador

Memória Principal e

Memória Cache

Dispositivos de

Armazenamento

Dispositivos de Saída

Memória Secundária

Barramento

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CPU: UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO

� Unidade gestora do computador;� Administra as operações de leitura/escrita da

memória ou de uma unidade de entrada/saída dedados;

� Interpreta as instruções de um programa;� Executa operações aritméticas ou lógicas;� Processador:

� Dispositivo com alto grau de integração (LSI ouVLSI)

� Condensa em um único chip a maioria das funçõesassociadas a uma CPU

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PROCESSADOR

14

3

2Decodificar

Armazenar

Executar

Carregar

Unidade de Controle Unidade Lógica e Aritmética

MEMÓRIA

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PROCESSADOR

Registradores de

Propósito Geral Registrador de

Instruções

Contador de

Programa

Registrador de

Endereço da

Memória

Registrador de

Dados da

Memória

Unidade Lógica-

Aritmética Unidade de Controle

Unidade de

Interfaceamento

de Barramento

Decodificador de

Instruções

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PROCESSADOR

Intel Pentium

AMD K6 2

AMD K6 III

AMD AthlonIntel Pentium MMX

Intel Pentium III

Core 2 Duo

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MEMÓRIA

� Unidades de armazenamento� A memória é dividida em uma série de locações, cada

qual com um endereço associado;

� O número de endereço da locação permanece o mesmo,mas o conteúdo (instruções e dados) pode mudar;

Endereço Conteúdo

A013545D 0 1 0 0 1 1 0 1

A013545E 0 1 1 0 1 0 1 1

A013545F 0 1 1 1 1 1 1 1

A0135460 0 0 0 0 0 0 0 0

A0135461 0 1 0 1 1 1 0 1

A0135462 1 0 1 1 1 0 1 1

A0135463 1 0 1 0 0 1 0 1

Locação

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MEM

ÓRIA

Custo por bit

Velocidade de acesso

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MEMÓRIA SEMICONDUTORA

� Usada pela maioria dos computadores modernos;

� Confiável, barata e compacta;

� Volátil:� Exige corrente elétrica permanentemente, se a

corrente for interrompida, os dados se perdem.� Exemplo: Memória RAM

� Não-volátil:� Não necessita de energia elétrica para reter a

informação armazenada� Exemplo: Memória ROM

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MEMÓRIA SOMENTE DE LEITURA (ROM)

� ROM = Read Only Memory� Tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide

Semiconductor):� Semicondutor Complementar de Óxido de Metal.

� Contém programas e dados registradospermanentemente na memória pela fábrica (nãopodem ser alterados pelo usuário)

� Não-volátil� Aplicações: firmware (sistema de inicialização

dos computadores), memória de partida fria,tabelas e conversores de dados;

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MEMÓRIA SOMENTE DE LEITURA (ROM)

� PROM (ROM programável): algumas instruçõesno chip podem ser alteradas;

� Variação: memórias “principalmente” de leitura� EPROM (PROM apagável): memória ROM na

qual informações podem ser apagadas atravésde exposição à luz ultravioleta de altaintensidade e reprogramadas eletricamente; todaa memória (pastilha) é apagada e reprogramada;

� EEPROM (PROM eletricamente apagável):utiliza sinais elétricos para sua programação eapagamento; possibilidade de apagamento ereprogramação em nível de bytes

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MEMÓRIA SOMENTE DE LEITURA (ROM)

CMOS

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MEMÓRIA DE ACESSO ALEATÓRIO (RAM)

� RAM = Random Acess Memory� Dados podem ser acessados aleatoriamente: o tempo

de acesso a qualquer dado é o mesmo;� Armazenamento temporário de dados;� Volátil

� SRAM (Static RAM): RAM Estática� Retém seu conteúdo sem intervenção da CPU,

contanto que a energia elétrica seja mantida� Utilizam flip-flops como células de armazenamento� Alta velocidade de operação;� Implementa a MEMÓRIA CACHE

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MEMÓRIA DE ACESSO ALEATÓRIO (RAM)

� DRAM (Dinamic RAM): RAM Dinâmica� Deve ser constantemente refrescada (refresh)

pela CPU, do contrário perderá seu conteúdo;� Utilizam circuitos a capacitores como células de

armazenamento;� Velocidade de operação moderada;

� RDRAM(Rambus DRAM): � Modifica a estrutura de barramentos (menos dados

com maior freqüência)

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MEMÓRIA DE ACESSO ALEATÓRIO (RAM)

� SDRAM (DRAM síncrona): mais utilizadas noscomputadores atuais;

� Montada em placas de circuitos denominadasmódulos de memória linear SDRAM:� SIMM (Single In-line Memory Modules): de via

simples;� DIMM (Dual In-line Memory Modules): de via dupla

� Caminho de dados mais amplo� Agiliza a transferência de dado

� SDR (Single Data Rate) ou DDR (Double Data Rate)

� Memória principal:� Serve para armazenar instruções e dados que estão

sendo usados pelo processador;

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MEMÓRIA DE ACESSO ALEATÓRIO (RAM)

� RAM (Random Acess Memory)� SRAM (Static RAM)� DRAM (Dinamic RAM)

�RDRAM (Rambus DRAM)�SDRAM (DRAM síncrona)

�SIMM (Single In-line Memory Modules)�DIMM (Dual In-line Memory Modules)�SDR (Single Data Rate)�DDR (Double Data Rate)

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MEMÓRIA

DRAM:

SDRAM:

RDRAM:

DDR

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MEMÓRIA CACHE

� Princípio: duplicar parte dos dados da memóriaprincipal em um módulo menor e mais rápido

� Pequeno bloco de memória de alta velocidade quearmazena os dados e as instruções usados commais freqüência ou mais recentemente

Cache L2 Principal Processador

Cache L1

Secundária

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O processador solicita dados da memória...

• Se os dados estiverem na cache (hit), são repassados para o processador;

• Se os dados não estiver na cache (miss), a unidade de controle recupera-os da memória principal;

• Quanto mais presença de dados na cache, melhor é o desempenho do sistema;

Cache

Processador

Cache

Processador

&

hit

&!

&

Cache

Principal

Processador

Cache

Principal

Processador

&

miss

&? &

&!

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MEMÓRIA CACHE

� Cache de Nível 1 (L1): embutida no processador� Cache de Nível 2 (L2): em um chip separado,

acoplada ao processador� Cache de Nível 3 (L3): na placa-mãe;

Cache externa(módulo COAST)

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MEMÓRIA DE ARMAZENAMENTO EXTERNO

� Memória secundária ou de massa;� Armazena uma grande quantidade de informação;� Bem mais lenta que a memória principal;� Não-volátil;� As informações armazenadas nos dispositivos são

transferidas para a memória principal quando foremnecessárias ao computador

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Largura (bits) x Velocidade (Hz):quanto mais largo o

barramento, mais rápido será o fluxo de dados

BARRAMENTO

� Via de comunicação do processador com o seu exterior:memória, chips da placa-mãe, periféricos, etc.

Barramento Interno

Barramento Interno

Barramentodo Sistema

Barramentodo Sistema

Barramentode ExpansãoBarramentode Expansão

Conjunto de linhas de comunicaçãopor onde trafegam sinais digitaisrepresentados por dígitos binários (0ou 1)

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UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA

� Responsáveis pelas transferências de dados entreo computador e os dispositivos periféricos;

� Periféricos� Todos os dispositivos de hardware anexados ao

computador;� Inclui todos os dispositivos de entrada, saída e

armazenamento (elementos geradores ou receptoresde informação)

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PLACAS DE EXPANSÃO

� Conectam-se a slots (encaixes) de expansão;� São usadas para conectar dispositivos periféricos;

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BARRAMENTOS DE EXPANSÃO E PORTAS COMUNS

� ISA (Industry Standard Architecture): 8 / 16 bits� Utilizado para dispositivos lentos, como mouse e modem;

� PCI (Peripheral Componente Interconnect): 16 / 32 bits � Usado para conectar dispositivos mais rápidos, como discos

rígidos e placas de rede;

� AGP (Accelerated Graphics Port): 64 bits� Conexão autônoma entre a memória e a placa gráfica

(vídeo);

� PCI-EX� Foi concebido para substituir os padrões AGP e PCI. Sua

velocidade vai de 1x até 32x.

� USB (Universal Serial Bus): 64 bits� Tecnologia que tornou mais simples e fácil a conexão de

diversos tipos de periféricos

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DISPOSITIVOS DE ENTRADA

� Todo periférico que faz parte do sistema e tem porfinalidade efetuar a entrada de dados no computador.

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DISPOSITIVOS DE SAÍDA

� Todo periférico que faz parte do sistema e tempor finalidade efetuar a saída de dados docomputador;

� Formas comuns de saída: texto, números, gráficose sons;

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PLACA-MÃE (MOTHER BOARD)PENTIUM III

Slot AGPSlot AGP

Conectores de E/SConectores de E/S

Slots PCISlots PCI

Slots de Memória SDRAMSlots de Memória SDRAM

Conectores IDEConectores IDE

Slot do Slot do ProcessadorProcessadorSlot do Slot do

ProcessadorProcessador

BateriaBateria

ChipsetChipset