HARDWARECOMPONENTES BÁSICOS E FUNCIONAMENTO

Wagner de Oliveira

SUMÁRIO

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

� CPU� Processador� 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

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,integrados, placas de circuito impresso, cabos,fontes de alimentação, memórias, impressoras,monitores, teclados, etc.

� Parte física, aquela com a qual temos contato.

DEFINIÇÃO DE COMPUTADOR

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

Entrada ProcessamentoDados Informação

Saída

COMPUTADOR DIGITAL

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

Arquitetura de Von Neumann

COMPUTADOR DIGITAL

COMPONENTES BÁSICOS

Memória Principal e

Dispositivos de

Armazenamento

Dispositivos de Saída

Dispositivos de Entrada

Processador

Memória Principal e

Memória Cache

Memória Secundária

Barramento

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;� 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

PROCESSADOR

3

2Decodificar

Executar

Unidade de Controle Unidade Lógica e Aritmética

14

Armazenar

Executar

Carregar

MEMÓRIA

PROCESSADOR

Registradores de

Propósito Geral Registrador de

Registrador de

Endereço da

Memória

Unidade de

Interfaceamento

de Barramento

Registrador de

Instruções

Contador de

Programa

Registrador de

Dados da

Memória

Unidade Lógica-

Aritmética Unidade de Controle

Decodificador de

Instruções

PROCESSADOR

Intel Pentium AMD AthlonIntel Pentium MMXIntel Pentium

AMD K6 2

AMD K6 III

Intel Pentium MMX

Intel Pentium III

Core 2 Duo

MEMÓRIA

� Unidades de armazenamento

� A memória é dividida em uma série de locações, cadaqual com um endereço associado;

Endereço Conteúdo

A013545D 0 1 0 0 1 1 0 1 Locação

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

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

MEMÓRIA

Cu

sto p

or

Ve

locid

ad

e d

e a

cesso

Cu

sto p

or b

it

Ve

locid

ad

e d

e a

cesso

MEMÓRIA SEMICONDUTORA

� Usada pela maioria dos computadores modernos;

� Confiável, barata e compacta;

� Volátil:� 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

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 (nãopermanentemente na memória pela fábrica (nãopodem ser alterados pelo usuário)

� Não-volátil

� Aplicações: firmware (sistema de inicializaçãodos computadores), memória de partida fria,tabelas e conversores de dados;

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 atravésqual 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

MEMÓRIA SOMENTE DE LEITURA (ROM)

CMOS

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

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)

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;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;

MEMÓRIA DE ACESSO ALEATÓRIO (RAM)

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

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

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

MEMÓRIA

DRAM:

SDRAM:

RDRAM:

DDR

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 recentementemais freqüência ou mais recentemente

Cache L2 Principal Processador

Cache L1

Secundária

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 Principal

Cache

Processador

Cache

Processador

&

hit

&!

&

Cache

Principal

Processador

Cache

Principal

Processador

&

miss

&? &

&!

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)

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� As informações armazenadas nos dispositivos sãotransferidas para a memória principal quando foremnecessárias ao computador

BARRAMENTO

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

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

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

barramento, mais rápido será o fluxo de dados

Barramento Interno

Barramento Interno

Barramentodo Sistema

Barramentodo Sistema

Barramentode ExpansãoBarramentode Expansão

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

armazenamento (elementos geradores ou receptoresde informação)

PLACAS DE EXPANSÃO

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

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;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

DISPOSITIVOS DE ENTRADA

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

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;e sons;

PLACA-MÃE (MOTHER BOARD)PENTIUM III

Slot AGPSlot AGP

Conectores de E/SConectores de E/S

Slots PCISlots PCI

ChipsetChipset

Slots de Memória SDRAMSlots de Memória SDRAM

Conectores IDEConectores IDE

Slot do Slot do ProcessadorProcessadorSlot do Slot do

ProcessadorProcessador

BateriaBateria

ChipsetChipset