Arquitetura componentes

Arquitetura do Computador

Prof. Paulo Roberto [email protected]

Máquina capaz de solucionar problemas através de tarefas que lhe são fornecidas

Os computadores se distinguem pela sua finalidade Classificação quanto à operação, utilização e

necessidades dos usuários

Tem Três partes diferentes que funcionam em conjunto: Hardware Software Cableware

Para um sistema computacional, acrescentamos uma outra parte essencial: Peopleware

O Computador

Classificação dos Computadores

Quanto à característica de operação Analógicos Digitais Híbridos

Quanto à característica de utilização Científicos Comerciais

Quanto ao usuário Pessoal Corporativo

Operação Analógicos

Manipulam sinais elétricos analógicos que são utilizados para controle de processos e problemas de simulação

Executam trabalhos usando elementos representados por grandezas físicas, como por exemplo, a intensidade de uma corrente elétrica.

São criados para uma finalidade específica, isto é, só se aplicam a um determinado trabalho

Digitais Manipulam sinais elétricos do tipo digital Realizam suas operações utilizando elementos representados por

grandezas matemáticas (números), operam dígito a dígito Programados através de uma linguagem de programação São destinados a aplicações múltiplas, podendo ser utilizados em

diversas tarefas. Híbridos

Características dos dois anteriores Entradas/Saídas controladas por conversores analógico-digitais e

vice-versa

95%

dos

com

pu

tad

ore

s sã

o

dig

itais

Utilização

Científicos Áreas de cálculo e pesquisas científicas Resultados de maior precisão Pequeno volume de entrada/saída porém

precisam de unidade processadores sofisticadas

Comerciais Maioria dos equipamentos Grande volume de entrada/saída com

rápido processamento

Tipos de Computadores

Uso PessoalEstações de trabalho Computadores de mesa (desktop)

Han

dheld

s Palm

top

s

Note

book

s Desk

note

s

Tipos de Computadores

Uso Corporativo Supercomputadores Ultra-rápidos. Processam

grande volume de dados científicos Mainframes Utilizados por grande número de

usuários ao mesmo tempo Terminais “interfaces” entre o usuário e o mainframe

Minicomputadores similares ao mainframe só que de menor porte

Servidores Não são projetados para uso direto. Disponibilizam informações para pessoas conectadas em rede

O ComputadorHardware

A Arquitetura do Computador

O Computador

O computador é uma máquina misteriosa, onde, de alguma forma mística, são guardadas e processadas

informações?

Você será capaz de: Identificar e definir os componentes que

fazem para da arquitetura básica de um computador

Arquitetura Básica do Computador

Unidade Central de Processamento (UCP)

Entrada

Saída

Envio dos dados para serem processados

Obtenção dos resultados requeridos

M

E

M

Ó

R

I

A

Interação entre o usuário e o computador

Dispositivos que interagem com o ambiente Dispositivo de Entrada

Encaminha as solicitações/dados do usuário ao computador, através de mouse, teclado, etc

Dispositivo de Saída Apresenta os resultados finais do

processamento, através dos monitores de vídeo, impressoras, etc

UCP

Entrada

Saída

M

E

M

Ó

R

I

A

Dispositivos de Entrada e Saída

UCP

Cérebro do computador Busca e executa as

instruções Composta de:

Unidade de Controle Unidade Lógica-AritméticaULA

UC

UCP

Entrada

Saída

M

E

M

Ó

R

I

A

Mémoria Armazena programas e dados Local onde o processador:

Busca dados a serem processados, Guarda valores intermediários, Envia resultados finais do

processamento Pequenos pentes/módulos

encaixados na placa mãe A menor unidade de informação

armazenável é o BIT A menor unidade de medida da

memória é o BYTE

UCP

Entrada

Saída

M

E

M

Ó

R

I

A

Arquitetura do Computador

Entrada Saída

Unidade Aritmético-LógicaRecebe os dados da memória para processá-los quando uma instrução for aritmética ou lógica

Unidade de ControleDetermina a execução e interpretação das instruções e controla o fluxo dos dados

U

C

P

Memória Principal

Registradores

Memória Secundária

Armazena programas que podem ser executados

Armazena programas e dados que estão sendo processados

Armazena endereços de instruções e dados que estão sendo processados

Outros Componentes Básicos do

Computador

O ComputadorHardware

Outros componentes

Como fazer com que os dados inseridos pelo dispositivo de entrada cheguem ao processador e à memória? E como fazer com que os dados processados

cheguem ao dispositivo de saída?

Não podemos esquecer de outros componentes do computador que interagem entre si, contribuindo para o funcionamento do computador.

Outros componentes

Placa Mãe Barramento Clock Microprocessador Tecnologia de Reconhecimento de

Instruções do Processador

Placa Mãe (Motherboard)

Acomoda o processador e todos os componentes (memória principal, memória cache, BIOS, portas serial e paralela, etc) que permitem ao processador interagir com os demais periféricos

Gerencia transação de dados entre CPU e periféricos.

Componentes On board e Off board Muitas placas mãe permitem o upgrade

Modificação da velocidade do clock,

tipo de processador...

Pri

nci

pal p

laca

do c

om

pu

tador

Barramento Percurso elétrico que conecta UCP, memória e

outros dispositivos de hardware da placa-mãe O barramento é a estrada que permite a

comunicação com o processador, que é compartilhada por todos os periféricos conectados a este barramento

Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit de cada vez 8 linhas 1 byte, 32 linhas 4 bytes

Tipos: Endereços, Dados e Expansão (ou Slot)

Barramento Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega

1 bit de cada vez Barramento de 8 linhas 1 byte Barramento de 32 linhas 4 bytes

Exemplos de padrões de barramento de expansão: ISA (Industry Standard Architecture), MCA (Microchannel Architecture), EISA (Extended Industry Standard Architecture), VLB (Vesa Local Bus), PCI (Peripheral Component Interconnect), AGP (Accelerated Graphics Port), USB (Universal Serial Bus)

Padrões de Barramento

Padrão ISA Os dados são transmitidos em 8 ou 16 bits Suas origens remontam o PC XT com

processador 8086/8 e atualmente é uma limitação dos mais recentes programas, especialmente em multimídia, servidores de rede, CAD/CAM

Ainda encontrados em placas de som e modem


Padrão MCA Desenvolvido com o surgimento dos

processadores 386 Os dados são transmitidos em 32 bits 2.5 vezes mais rápido que o ISA de 16 bits Desenvolvido pela IBM Alto custo Incompatibilidade com o ISA Arquitetura fechada


Padrão EISA Os dados são transmitidos em 32 bits Pode-se conectar placas padrão ISA

Mantém a compatibilidade e preserva investimentos em placas já feitos

Mais rápido que o ISA (2 vezes) mas nem tanto quanto o MCA

Alto custo


Padrão VLB Os dados são transmitidos em 32 bits Mais rápido que o EISA e o MCA Compatível com o ISA (2 conectores para ISA + 1

para destinado a transferência de dados a altas velocidades permitidas pelo VLB)

Utilizado por placas de vídeo (principais prejudicadas pelos barramentos lentos)

Custo menor que seus concorrentes Desenvolvido para trabalhar com processadores 486


Padrão PCI Os dados são transmitidos em 64 bits Desenvolvido inicialmente pela Intel Desenvolvido para o Pentium e para o

Pentium Pro Mais barato e versátil que o VLB Alto desempenhoP

ad

rão


Padrão AGP Desenvolvido para as placas de vídeo

mais modernas (3D) e processadores Pentium II

2 vezes mais rápido que o PCI Permite a placa de vídeo acessar

diretamente a memória para armazenar texturas sem que os dados passem pelo processador


Padrão USB Novo padrão para a conexão de

periféricos externos Facilidade de uso Possibilidade de conectar vários

periféricos a uma única porta USB Considerado 1º barramento para micros

realmente Plug-and-Play

Clock

Coração do computador Emite pulsos elétricos que se propagam pelo barramento

Movido por um cristal de quartzo localizado na placa mãe As moléculas deste cristal vibram milhões/bilhões de vezes por

segundo, em velocidade constante

As vibrações são usadas para cronometrar operações de processamento e ditar a velocidade de transferência de dados

Expresso em termos de frequência – Hertz (Hz) 1 Hz = 1 ciclo por segundo (1 operação realizada a cada ciclo)

Exemplo: Computador de 1 GHz emite 1 bilhão de pulsos elétricos por segundo – 1 bilhão de realizadas por segundo

O processador não possui gerador de clock. Opera multiplicando o sinal recebido da placa mãe

Microprocessador (UCP)

Cérebro de um microcomputador Sempre está em evolução

Relação do processador e a quantidade de transistores

Relação do processador e a quantidade de transistores

Microprocessador (UCP) Relação do tamanho do transistor em cada década/processador:

Década de 70 Intel 4004 (1971) 15 mícrons 8088 (1979) 3 mícrons (do tamanho de um vírus)

Década de 80 486 1 mícron

Década de 90, Pentium III 0.18 mícron (do tamanho de uma molécula de DNA)

Atualmente Pentium 4 e Athlon 0.13 mícron

Por volta de 2012 0.02 mícron (algumas dezenas de átomos de outro)

Um mícron equivale a 1 milésimo de milímetro,

ou a 1 milionésimo de metro

Um mícron equivale a 1 milésimo de milímetro,

ou a 1 milionésimo de metro

Ou 20 nanômetros

Nanotecnologia, Computação Quântica

Ou 20 nanômetros

Nanotecnologia, Computação Quântica

Microprocessador (UCP)

1978- 8088 (i8/e16 bits, 5 MHz) rodava DOS e manipulava textos e números, mas os gráficos eram muito pobres 1982 - 80286 (16 bits, 6 a 12 MHz) principal avanço: trabalhar em modo real (compatível com 8088) e em modo protegido (manifestando seu potencial – acesso à memória, multitarefa) 1985 - 386 (SX: e16/i32 / DX: 32 bits, 16 a 33 MHz) acessa 4GB de RAM. Possível alternar entre modo real e protegido. Tinha potência suficiente para suportar uma interface gráfica - foi o início da era Windows. 1989- 486 (32 bits, 25 a 100 MHz) cache (8 KB) e coprocessador aritmético interno 1993- Pentium (i32/e64 bits, 60 a 300 MHz) coprocessador remodelado. Cache (16 KB). 2002/2003- Athlon (64 bits) acessar 32 TB de RAM 2003 – Power Mac Ou G5 – Apple (64 bits) 2003/2005 – Pentium 4 (64 bits, 3 a 3,8 GHz) Cache (166 KB)

Ano, Processador, Barramento e Frequência

Tecnologia relacionada ao número de instruções de

processamento que podem ser reconhecidas

CISC (Complex Instruction Set Computing) Conjunto Complexo de Instruções

RISC (Reduced Instruction Set Computing) Conjunto Reduzido de Instruções

• Reconhece mais de uma centena de instruções

• É mais lento na execução das instruções (quanto > número de instruções > tempo)

• A maioria dos microprocessadores são CISC

CISC

• Reconhece um número limitado de instruções que, em contrapartida, são otimizadas para que sejam executadas com mais rapidez

• Redução do conjunto de instruções ao mínimo: as instruções não contempladas são executadas como combinações das existentes

• Desempenho de 50-75% superior a um CISC

RISC

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