Arquitetura componentes

Arquitetura do
Computador
Prof. Paulo Roberto Ribeiro
pribeiro@milnegocios.com.br

O Computador
 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

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
95% dos computadores são digitais

 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

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 Pessoal
Estações de trabalho
Computadores de mesa (desktop)
Handhelds

Notebooks

Desknotes
Palmtops

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 Computador
Hardware

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

M Entrada
E
Envio dos dados para
M serem processados
Ó
Unidade Central de Processamento (UCP)
R
Obtenção dos resultados requeridos
I
A Saída

Dispositivos de Entrada e Saída
 Interação entre o usuário e o
M Entrada computador
E  Dispositivos que interagem com
M o ambiente
 Dispositivo de Entrada
Ó UCP  Encaminha as solicitações/dados do
usuário ao computador, através de
R
mouse, teclado, etc
I  Dispositivo de Saída
A Saída  Apresenta os resultados finais do
processamento, através dos
monitores de vídeo, impressoras, etc

UCP
 Cérebro do computador
Entrada  Busca e executa as
M
instruções
E  Composta de:
M  Unidade de Controle
U ULA
 Unidade Lógica-Aritmética
Ó C
R P UC
I
A
Saída

Mémoria
 Armazena programas e dados
M  Local onde o processador:
Entrada
 Busca dados a serem processados,
E  Guarda valores intermediários,
M  Envia resultados finais do
processamento
Ó UCP
 Pequenos pentes/módulos
R encaixados na placa mãe
I  A menor unidade de informação
Saída armazenável é o BIT
A
 A menor unidade de medida da
memória é o BYTE

Arquitetura do Computador
Unidade Aritmético-Lógica
U Recebe os dados da memória para
processá-los quando uma instrução
C for aritmética ou lógica
Entrada Unidade de Controle Saída
P
Determina a execução e
interpretação das instruções
controla o fluxo dos dados
e
Armazena
endereços de
instruções e
Memória Principal
Registradores
dados que estão
sendo
processados
Armazena programas e dados que
Memória Secundária
estão sendo processados

Armazena programas que podem ser executados

O Computador
Hardware

Outros Componentes
Básicos do Computador

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
Principal placa do computador

(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...

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
 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
 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
 Desenvolvido inicialmente pela Intel
 Desenvolvido para o Pentium e para o Pentium
Pro
Padrão

 Mais barato e versátil que o VLB
 Alto desempenho

 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 tamanho do transistor em cada
década/processador:
 Década de 70 Um mícron equivale a
 Intel 4004 (1971)  15 mícrons 1 milésimo de milímetro,
 8088 (1979)  3 mícrons (do tamanho ou a
de um vírus) 1 milionésimo de metro
 Década de 80
 486  1 mícron
 Década de 90,
 Pentium III  0.18 mícron (do tamanho de uma molécula de
DNA)
 Atualmente
Ou 20 nanômetros
 Pentium 4 e Athlon  0.13 mícron
 Por volta de 2012 Nanotecnologia,
 0.02 mícron (algumas dezenas de Computação Quântica
átomos de outro)

Ano, Processador, Barramento e Frequência
 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)

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

CISC
• 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

RISC

• 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

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