FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO
(Aula 1 – Parte 1)
Instrutor.:
Frank S. Fernandes Bastos ([email protected])
Foco.:
Adquirir conhecimento preparatório para Concurso
referente itens complementares sobre fundamentos
Público.:
Estudantes de concurso específico
Local.:
Sala de aula - obcursos
Número Slides.: 41 (incluindo este)
OBJETIVOS
Adquirir conhecimentos complementares sobre os
fundamentos relativo a arquitetura de computadores.
Conteúdo Programático
PRIMEIRA ETAPA
•
•
•
Relembrar termos mais utilizados.
Conhecer as arquiteturas atuais de mercado.
Conhecer os principais meios de funcionamento de hardware
•
•
•
Arquitetura de processadores
Termos utilizados em sistemas operacionais W2003, Linux e
Solaris em associação com Hardware.
Arquitetura de funcionamento dos computadores produtivos atuais.
TERMOS
CPU ou UCP – Unidade Central de Processamento
ULA – Unidade Lógica Aritmética
RAM – Random Access Memory
ROM – Read Only Memory
I/O – Input (entrada) e Output (saída)
IRQ – Interrupt Request
COM – Comunication Port
LPT – Printer Port
Mother Board Básica
O item A mostra o local onde
o processador deve ser
conectado. Também
conhecido como socket, esse
encaixe não serve para
qualquer processador, mas
sim para um modelo (ou para
modelos) específico. Cada
tipo de processador tem
características que o
diferenciam de outros
modelos.
Modelos de processadores CISC
Modelos de processadores CISC
TERMOS
Core – Núcleo do processador
ALU – Aritmetic Logical Unit ou ULA – Unidade lógica Aritmética
BUS – Barramento
Thread
Thread, ou linha de execução em português, é uma
forma de um processo dividir a si mesmo em duas
ou mais tarefas que podem ser executadas
simultaneamente.
KLT – Kernel Level Thread – Thread implementada a
nível do sistema operacional.
ULT – User Level Thread – Thread implementada por
meio de um linguagem e definições criadas pelo
usuário.
Registrador
O Registrador de uma unidade central de processamento
é um tipo de memória pequena e rápida, contida no
CPU, utilizada no armazenamento temporário durante
o processamento. O acesso entre a unidade central de
processamento e o registrador é mais rápido que o
acesso a memória cache.
Complemento de aula
FCC – BACEN – Analista – Tipo 2
Modelos de processadores CISC
Modelo Atual
O novo processador da
Intel (Core 2 Extreme
QX6800) opera a
2,93GHz, tem memória
cache de segundo nível
de 8MB e Front Side
Bus 1066MHz.
BARRAMENTOS
Para que o processador possa trabalhar com os
dispositivos ligados ao computador, ele usa um
barramento para se comunicar. Assim é
possível que o processador envie informações
(por exemplo, os dados para uma impressora,
quando você pede para imprimir um arquivo) e
receba (por exemplo, quando você digita algo
no teclado). Esse barramento é conhecido
como "barramento de dados" (ou data bus).
BARRAMENTOS
Quando o processador trabalha com a
memória, ele faz uso de um "barramento de
endereços" (também chamado de "clock
externo"), pois através de um "endereço" é que
o processador localizará os dados que precisa
e que estão armazenados na memória do
computador. É também por este barramento
que o processador consegue determinar para
qual dispositivo serão enviados os dados
tratados. Seu valor é medido em Hz.
Padrão LGA
BARRAMENTOS
Cada um dos pinos de ligação do processador ao socket da placa,
possui uma função e trabalha com 1 bit por vez. Assim, quando se diz
que o barramento de dados trabalha a 16 bits, isso quer dizer que, pelo
menos teoricamente, o processador destina 16 pinos para esta função.
A mesma regra vale para o barramento de endereços, ou seja, este
também trabalha com uma certa quantidade de pinos, correspondentes
à quantidade de bits.
Complemento de aula
FCC – TRE – SP – 2005 – Tipo A
Sinais de Controle
Os processadores, possuem algumas funções-padrão, ou seja,
encontradas em praticamente todos os processadores, independente
do fabricante. Estas são conhecidas como "sinais de controle" (ou
"sinais digitais"), também correspondem a pinos no chip do
processador e algumas delas são citadas abaixo:
MIO (Message Input/Output): sinal para indicar se a operação em
questão é de acesso a memória ou de E/S;
RW (Read/Write): sinal para indicar se a operação em questão é de
leitura ou gravação;
Sinais de Controle
INT (Interrupt): sinal para que dispositivos externos possam
interromper o processador para que ele efetue uma operação que não
pode esperar. Por exemplo, quando o HD interrompe o processador
para avisar o término de uma operação de leitura. Como existe
somente um sinal INT, o processador opera em conjunto com um
mecanismo denominado "Controlador de Interrupções" (que trabalha
com as conhecidas IRQs).
NMI (non-maskable interrupt) : sinal de interrupção especial, usado
em emergências, onde a interrupção enviada por este sinal deve ser
atendida prontamente. O NMI geralmente é usado informar erros
relacionados a dados na memória;
Sinais de Controle
INT A (Interrupt A): sinal usado para que o processador informe que
aceitou uma interrupção e que está aguardando que o dispositivo que a
gerou passe as instruções;
VCC (Voltage Supply): entrada de corrente elétrica que alimenta os
circuitos internos do processador (pode haver vários VCC no
processador);
GND (Ground): sinal usado para controle de energia (como se fosse
um fio-terra). Também pode ser encontrados vários deste sinal no
processador;
Sinais de Controle
RESET: sinal ligado ao botão RESET do gabinete do computador. Ao
ser ativado, o processador pára o que está fazendo e inicia as
operações novamente, como se o usuário tivesse acabado de ligar a
máquina;
CLOCK: este recebe um sinal digital usado internamente para
sincronizar todo o funcionamento do processador.
ENDEREÇAMENTO
O endereçamento consiste na capacidade que o processador tem de
acessar um número máximo de células da memória. Para acessar uma
célula, o processador precisa saber o endereço dela. Cada célula
armazena um byte. Assim, um processador com o barramento de
dados com 16 bits, pode acessar duas células por vez. Isso porque um
byte equivale a 8 bits e 16 dividido por 8 é igual a 2, portanto, duas
células. Um processador com 32 bits pode acessar até 4 células.
Clock Interno e Externo
O clock é uma forma de indicar o número de instruções que podem ser
executadas a cada segundo (ciclo). Sua medição é feita em Hz (sendo
que KHz corresponde a mil ciclos, MHz corresponde a 1000 KHz e
GHz corresponde a 1000 MHz). Assim, um processador Pentium II 800
MHz, indica que o mesmo pode realizar 800 milhões de ciclos por
segundo. Algumas instruções podem precisar de vários ciclos para
serem executadas, enquanto outras, uma ciclo só.
Clock Interno
O clock interno indica a freqüência na qual o processador trabalha.
Portanto, num Pentium 4 de 2,8 GHz, o "2,8 GHz" indica o clock
interno. Este geralmente é obtido através de um multiplicador do clock
externo. Por exemplo, se o clock externo for de 66 MHz, o multiplicador
terá de ser de 3x para fazer com o que processador funcione a 200
MHz (66 x 3).
Clock Externo
Também conhecido como FSB (Front Side Bus), o clock externo, por
sua vez, é o que indica a freqüência de trabalho do barramento
(conhecido como barramento externo) de comunicação com a placamãe (na verdade, chipset, memória, etc). Por exemplo, o processador
AMD Sempron 2200+ trabalha com clock externo de 333 MHz.
Interrupção
Uma interrupção é um sinal de um dispositivo que tipicamente
resulta em uma troca de contexto, isso é, o processador pára de
fazer o que está fazendo para atender o dispositivo que pediu a
interrupção.
Complemento de aula
FCC – BACEN – 2005 – Tipo B
Se um equipamento possui um clock interno de 200Mhz e uma
memória acoplada do tipo DIMM de 266Mhz, qual o fator
multiplicador para atingir um clock externo de 1Ghz.:
A)
B)
C)
D)
E)
2.5x
2.0X
5.0X
5.5X
3.4X
Memória Cache (Como Surgiu?)
Os processadores, evidentemente, sofreram grandes aperfeiçoamentos
ao longo dos anos. No entanto, chegou-se a um ponto em que estes
evoluíram de forma tão rápida que o acesso à memória do computador
ficou comprometida, pois apesar de também ter sofrido boas
mudanças, a memória é mais lenta para ser acessada, fazendo com
que o processador não conseguisse trabalhar com toda sua
velocidade, devido a sua dependência da velocidade de acesso aos
dados da memória. Esse problema ficou notável a partir do ano de
1990, quando os processadores passaram a trabalhar acima de 25
MHz.
Memória Cache
A memória cache consiste numa pequena quantidade de memória
SRAM, incluída no chip do processador. Quando este precisa ler dados
na memória RAM, um circuito especial, chamado de controlador de
Cache, transfere os dados mais requisitados da RAM para a memória
cache. Assim, no próximo acesso do processador, este consultará a
memória cache, que é bem mais rápida, permitindo o processamento
de dados de maneira mais eficiente. Enquanto o processador lê os
dados na cache, o controlador acessa mais informações na RAM,
transferindo-as para a memória cache.
Tipos de Cache
Cache L1 (Leve 1 - Nível 1 ou cache interno): trata-se de um tipo de
cache em uso desde o processador 486. É chamado de cache interno
porque se localiza dentro do procesador. O cache L1 é tão importante
para o processador, que este, mesmo tendo clock inferior, pode ser
mais rápido que um processador de clock superior, mas sem cache.
Cache L2 (Level 2 - Nível 2 ou cache externo): o cache L1 não era
totalmente perfeito, pois tinha tamanho pequeno e apresentava alguns
erros, que obrigavam o processador a buscar os dados na memória
RAM. Um solução foi a implantação de uma memória cache fora do
processador. Eis a cache L2, que para ser usada, necessita de um
controlador, que geralmente é imbutido no chipset da placa-mãe.
Tipos de Cache
Cache L3 (Level 3 - Nível 3): trata-se de um tipo incomum, usado pelo
processador AMD K6-III. Este possui o cache L2 embutido em si, de
forma que o cache L2 existente na placa-mãe pudesse ser usado como
uma terceira cache. Daí o nome L3. Tal fato fez do K6-III um
processador muito rápido em sua época.
Unidades de medida
Byte (B)
1 Byte = 8 bits (23 bits)
Megabyte (MB)
1 024 KB
Kilobyte (kB)
1 024 Bytes (210)
Gigabyte (GB)
1024 MB
Terabyte (TB)
1 024 GB
Memória RAM
O item B mostra os encaixes existentes para a memória RAM. Esse
conector varia conforme o tipo. As placas-mãe mais antigas usavam o
tipo de memória popularmente conhecido como SDRAM. No entanto, o
padrão mais usado atualmente é o DDR (Double Data Rate), que
também recebe a denominação de SDRAM II (termo pouco usado).
As memórias também trabalham em velocidades diferentes, mesmo
quando são do mesmo tipo.
Tipos de RAM
- DRAM (Dynamic Random Access Memory): são as memórias do tipo
dinâmico e geralmente são armazenadas em cápsulas CMOS
(Complementary Metal Oxide Semiconductor). Memória desse tipo
possuem capacidade alta, isto é, podem comportar grandes
quantidades de dados. No entanto, o acesso a essas informações
costuma ser mais lento que o acesso à memórias estáticas. As
memórias do tipo DRAM costumam ter preços bem menores que as
memórias do tipo estático.
- SRAM (Static Random Access Memory): são memórias do tipo
estático. São muito mais rápidas que as memórias DRAM, porém
armazenam menos dados e possuem preço elevado se compararmos
o custo por MB. As memória SRAM costumam ser usadas em chips de
cache.
Complemento de aula
FCC – PM – Tipo 2
Tipos de RAM
EDO é a sigla para (Extended Data Out). Trata-se de um tipo de
memória que chegou ao mercado no início de 1997 e que possui como
característica essencial a capacidade de permitir ao processador
acessar um endereço da memória ao mesmo tempo em que esta
ainda estava fornecendo dados de uma solicitação anterior. Esse
método permite um aumento considerável no desempenho da
memória RAM.
Esse tipo de memória precisava ser usada com pentes em pares. Isso
porque os processadores daquela época (Pentium) podiam acessar 64
bits por vez, mas cada pente de memória EDO trabalhava apenas com
32 bits.
Tipos de RAM
SDRAM - À medida em que a velocidade dos processadores aumenta,
é necessário aumentar também o desempenho da memória RAM do
computador, mas isso não é tão simples. Um solução foi a criação do
cache, um tipo de memória SRAM com capacidade de algumas
centenas de KB que funciona como uma espécie de intermediária
entre a memória RAM e o processador. Porém, apenas isso não é
suficiente.
Na busca de uma memória mais rápida, a indústria colocou no
mercado a memória SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access
Memory), um tipo de memória que permite a leitura ou o
armazenamento de dois dados por vez (ao invés de um por vez, como
na tecnologia anterior). Além disso, a memória SDRAM opera em
freqüências mais altas, variando de 66 MHz a 133 MHz.
Tipos de RAM
ROM
- PROM (Programmable Read Only Memory) - um dos primeiros tipos
de memória ROM, o PROM tem sua gravação feita por aparelhos
especiais que trabalham através de uma reação física com elementos
elétricos. Os dados gravados na memória PROM não podem ser
apagados ou alterados;
- EPROM (Eraseble Programmable Read Only Memory) - esse é um
tipo de memória ROM geralmente usado para armazenar a BIOS do
computador. A tecnologia EPROM permite a regravação de seu
conteúdo através de equipamentos especiais (geralmente
encontráveis em estabelecimentos de assistência técnica);
- EAROM (Electrically Alterable Read Only Memory) - são memórias
similares à EPROM. Seu conteúdo pode ser apagado aplicando-se
uma voltagem específica aos pinos de programação (daí o nome
"electrically alterable - alteração elétrica");
Contato
Frank S. F. Bastos
E-MAIL.: [email protected]
MSN.: [email protected]
Skype.: frankbastos