FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO
Aula 1 - Parte 2
Instrutor.:
Frank S. Fernandes Bastos ([email protected])
Foco.:
Adiquirir conhecimento preparatório para Concurso
referente itens complementares sobre fundamentos
Público.:
Estudantes de concurso específico
Local.:
Sala de aula - Obcursos
Número Slides.: 40 (incluindo este)
OBJETIVOS
Adquirir conhecimentos complementares sobre os
fundamentos relativo a arquitetura de computadores.
Mother Board Básica
Slot´s
Para que seja possível conectar placas que adicionam
funções ao computador, é necessário fazer uso de slots de
expansão. Esses conectores permitem a conexão de vários
tipos de dispositivos. Placas de vídeo, placas de som, placas
de redes, modems, etc, são conectados nesses encaixes. Os
tipos de slots mais conhecidos atualmente são o PCI
(Peripheral Component Interconnect) - item C1 -, o AGP
(Accelerated Graphics Port) - item C2 -, o CNR
(Communications Network Riser) - item C3 - e o PCI Express
(PCI-E). As placas-mãe mais antigas apresentavam ainda o
slot ISA (Industry Standard Architecture).
A placa-mãe vista acima possui um slot AGP (usado
exclusivamente por placas de vídeo), um slot CNR (usado
para modems) e cinco slots PCI (usados por placas de rede,
placas de som, modems PCI, etc). A tendência atual é que
tanto o slot AGP quanto o slot PCI sejam substituídos pelo
padrão PCI Express, que oferece mais recursos e
possibilidades.
Complemento de aula
ANALISTA – TER - RN - Tipo A - 2005
BARRAMENTOS
O Barramento ISA (Industry Standard Architecture) é formato por slots
que trabalham com 8 e 16 bits por vez. Além disso, em placas-mãe
antigas, o barramento ISA era usado internamente para a comunicação
entre o processador e alguns chips presentes na placa-mãe.
O ISA surgiu no computador IBM PC, na versão de 8 bits e
posteriormente, chegou ao IBM PC AT, passando a usar 16 bits de
dados por vez (provando que trata-se de um barramento antigo).
BARRAMENTOS
Criado pela Intel na época do desenvolvimento do processador
Pentium, o barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) é
utilizado até hoje. O motivo de tanto sucesso se deve à capacidade do
barramento de trabalhar a 32 ou 64 bits, o que oferecia altas taxas de
transferência de dados. Só para dar uma noção, um slot PCI de 32 bits
pode transferir até 132 MB por segundo. O PCI também foi considerado
"revolucionário" por suportar, até então, o poderoso recurso Plug and
Play (PnP), que permitia que a placa instalada num slot PCI fosse
automaticamente reconhecida pelo computador.
BARRAMENTOS
Visando obter uma maior taxa de transferência entre a placa-mãe e as
placas de vídeo (principalmente para uma melhor performance nas
aplicações 3D), a Intel desenvolveu um barramento especialmente
desenvolvido para a comunicação com o vídeo: o barramento AGP
(Accelerated Graphics Port).
BARRAMENTOS
Universal Serial Bus (USB) é um tipo de conexão PLUG AND PLAY
que permite a conexão de periféricos sem a necessidade de desligar
o computador.
O USB foi concebido na óptica do conceito de Plug and Play,
revolucionário na altura da expansão dos computadores pessoais,
bem como minimizar o esforço de concepção de periféricos, no que
diz respeito ao suporte por parte dos sistemas operacionais (SO) e
hardware. Assim, surgiu um padrão que permite ao SO e à placa-mãe
diferenciar, transparentemente:
BARRAMENTOS
O padrão USB permite ao SO e à placa-mãe diferenciar,
transparentemente:
• A classe do equipamento (dispositivo de armazenamento, placa de
rede, placa de som, etc);
• As necessidades de alimentação elétrica do dispositivo, caso este
não disponha de alimentação própria;
• As necessidades de largura de banda (para um dispositivo de vídeo,
serão muito superiores às de um teclado, por exemplo);
• Eventuais modos de operação internos ao dispositivo (por exemplo,
máquina digital pode operar, geralmente, como uma webcam ou como
um dispositivo de armazenamento - para transferir as imagens).
BARRAMENTOS
A concepção do padrão USB, inicialmente, dividiu-se, formando dois
grupos distintos:
UHCI, Universal Host Controller Interface, apoiado pela Intel, que
transferia parte do processamento do protocolo para o software (driver),
simplificando o controlador eletrônico;
OHCI, Open Host Controller Interface, apoiado pela Compaq, Microsoft e
National Semiconductor, que transferia a maior parte do esforço para o
controlador eletrônico, simplificando o controlador lógico (driver). Isto
gerou algumas incompatibilidades e lançou a ameaça de dispersão do
padrão.
Na versão 2.0 deste protocolo, desta vez unidos sob o modelo EHCI,
Enhanced Host Controller Interface, permitiu eliminar as falhas e reunir as
qualidades dos dois modelos anteriores.
BARRAMENTOS
Complemento de aula
FCC – TRE – RN – 2005 – Tipo 1
Barramentos proprietários
Nos computadores, existiram outros barramentos, como o VLB, o MCA
e o EISA. Mas também, existiram os barramentos proprietários, que
consistiam em barramentos de, geralmente, 32 bits, que certos
fabricantes criaram para a conexão de placas especiais à seus
produtos. O grande problema desses barramentos, que foi inclusive, o
motivo de sua extinção, era a falta de padronização.
Alimentação
O item D mostra o local onde deve-se encaixar o
cabo da fonte que leva energia elétrica à placa-mãe.
Para isso, tanto a placa-mãe como a fonte de
alimentação devem ser do mesmo tipo. Existem,
atualmente, dois padrões para isso: o ATX e o AT
(este último saiu de linha, mas ainda é utilizado). A
placa-mãe da foto usa o padrão ATX. É importante
frisar que a placa-mãe sozinha consegue alimentar o
processador, as memórias e a grande maioria dos
dispositivos encaixados nos slots. No entanto, HDs,
unidades de CD e DVD, drive de disquete e cooler
(um tipo de ventilador acoplado ao processador que
serve para manter sua temperatura em limites
aceitáveis de uso) devem receber conectores
individuais de energia.
Complemento de aula
FCC – CEAL - Tipo 2 - 2005
Conectores I/O
O item E2 mostra as entradas padrão IDE
(Intergrated Drive Electronics) onde devem ser
encaixados os cabos que ligam HDs e unidades de
CD/DVD à placa-mãe. Esses cabos, chamados de
"flat cables", podem ser de 40 vias ou 80 vias
(grossamente falando, cada via seria um "fiozinho"),
sendo este último mais eficiente. Cada cabo pode
suportar até dois HDs ou unidades de CD/DVD,
totalizando até quatro dispositivos nas entradas IDE.
Note também que E1 aponta para o conector onde
deve ser encaixado o cabo que liga o drive de
disquete à motherboard.
Existe também, um tipo de HD que não segue o
padrão IDE, mas sim o SATA (Serial ATA)
BIOS
O item F2 aponta para o chip Flash-ROM e o F1, para a bateria que o
alimenta. Esse chip contém um pequeno software chamado BIOS (Basic
Input Output System), que é responsável por controlar o uso do hardware
do computador e manter as informações relativas à hora e data. Cabe ao
BIOS, por exemplo, emitir uma mensagem de erro quando o teclado não
está conectado. Na verdade, quando isso ocorre, o BIOS está
trabalhando em conjunto com o Post, um software que testa os
componentes de hardware após o computador ser ligado.
Através de uma interface denominada Setup, também presente na FlashROM, é possível alterar configurações de hardware, como velocidade do
processador, detecção de discos rígidos, desativação de portas USB, etc.
CHIPSET
O chipset é um chip responsável pelo controle de uma série de itens da
placa-mãe, como acesso à memória, barramentos e outros. Principalmente
nas placas-mãe atuais, é bastante comum que existam dois chips para
esses controles: Ponte Sul (I1) e Ponte Norte (I2):
Ponte Sul (South Bridge): este geralmente é responsável pelo controle
de dispositivos de entrada e saída, como as interfaces IDE ou SATA.
Placas-mãe que possuem som onboard (visto adiante), podem incluir o
controle desse dispositivo também na Ponte Sul;
Ponte Norte (North Bridge): este chip faz um trabalho "mais pesado" e,
por isso, geralmente requer um dissipador de calor para não esquentar
muito. Repare que na foto da placa-mãe em que esse chip é apontado,
ele, na verdade, está debaixo de uma estrutura metálica. Essa peça é
dissipador. Cabe à Ponte Norte as tarefas de controle do FSB (Front Side
Bus - velocidade na qual o processador se comunica com a memória e
com componentes da placa-mãe), da freqüência de operação da memória,
do barramento AGP, etc.
Complemento de aula
ANALISTA – TER - RN - Tipo A - 2005
INTERFACES
SCSI é sigla para Small Computer System
Interface. Trata-se de uma tecnologia criada para
acelerar a taxa de transferência de dados entre
dispositivos de um computador, desde que tais
periféricos sejam compatíveis com a tecnologia.
O padrão SCSI é muito utilizado para conexões
de HD (disco rígido), scanners, impressoras, CDROM ou qualquer outro dispositivo que necessite
de alta transferência de dados.
As vantagens do SCSI não se resumem apenas à
questão da velocidade, mas também da
compatibilidade e estabilidade.
É possível conectar até 15 periféricos numa única
implementação SCSI. Cada um recebe um bit
que o identifica (ID SCSI).
INTERFACES
Adaptadores Wide SCSI e Narrow SCSI
É possível encontrar adaptadores Wide SCSI e Narrow SCSI. Ambos
permitem uma velocidade maior no barramento (de 5 a 10 MHz). No
entanto, o Wide SCSI usa um cabo adicional de 16 ou 32 bits de largura
para enviar dados, o que permite o dobro ou quádruplo da velocidade,
respectivamente. Já o Narrow SCSI usa somente 8 bits de largura. A
tabela abaixo mostra o comparativo entre esses adaptadores:
INTERFACES
O FireWire consegue ser até 30 vezes mais veloz que o padrão USB 1.1
(50 MB/s contra 1,5 MB do USB 1.1) e 60 vezes mais rápido que este
último com o FireWire 800, uma versão recente, que trabalha à taxas de
100 MB/s. É um barramento usado por vários tipos de equipamentos,
entre eles drives removíveis, pen-drives, câmeras digitais, televisões,
impressoras, scanners, dispositivos de som, etc. É possível conectar ao
mesmo tempo, até 63 aparelhos em um único barramento.
INTERFACES
O padrão Fibre Channel foi definido pelo ANSI em 1994, como uma
interface de transferência de dados, visando oferecer uma alternativa
para substituição das interfaces de armazenamento existentes, como a
SCSI, por exemplo.
O padrão foi projetado para endereçar um meio comum de interligação
para os três tipos diferentes de tráfego de uma rede de comunicação:
voz, dados e imagem. Suporta diversos protocolos de transporte,
incluindo IP e SCSI, permitindo a utilização de cabeamento metálico ou
óptico na interface física, o que torna essa tecnologia única para atender
às necessidades de armazenamento de dados e de comunicação em
redes de computadores.
Complemento de aula
FCC – TRE – RN – 2005 – Tipo 3
INTERFACES
DISTÂNCIA
VELOCIDADE
DISCOS RÍGIDOS
O disco rígido não é um dispositivo
novo, mas sim uma tecnologia que
evoluiu com o passar do tempo. Um
dos primeiros HDs que se tem notícia
é o IBM 305 RAMAC. Disponibilizado
no ano de 1956, era capaz de
armazenar até 5 MB de dados (um
avanço para a época) e possuía
dimensões enormes: 14 x 8
polegadas. Seu preço também não era
nada convidativo: o 305 RAMAC
custava cerca de 30 mil dólares.
DISCOS RÍGIDOS
DISCOS RÍGIDOS
As trilhas são círculos que começam no centro do disco e vão até a sua
borda, como se estivesse um dentro do outro. Essas trilhas são
numeradas de dentro para fora, isto é, a trilha que fica mais próxima ao
centro é denominada trilha 0, a trilha que vem em seguida é chamada
trilha 1 e assim por diante, até chegar à trilha da borda. Cada trilha é
dividida em trechos regulares chamados de setor. Cada setor possui
uma determinada capacidade de armazenamento (geralmente, 512
bytes).
Cilindro é a posição das cabeças sobre as mesmas trilhas de seus
respectivos discos.
DMA e UDMA
Antigamente, somente o processador tinha acesso direto aos
dados da memória RAM. Com isso, se qualquer outro
componente do computador precisasse de algo na memória,
teria que fazer esse acesso por intermédio do processador.
Com os HDs não era diferente e, como conseqüência, havia um
certo "desperdício" dos recursos de processamento. A solução
não demorou muito a aparecer. Foi criada uma tecnologia
chamada DMA (Direct Memory Access). Como o próprio nome
diz, essa tecnologia tornou possível o acesso direto à memória
pelo HD ou pelos dispositivos que usam a interface IDE, sem
necessidade do "auxílio" do processador.
Quando o DMA não está em uso, normalmente é usado um
esquema de transferência de dados conhecido como modo PIO
(Programmed I/O), onde, grossamente falando, o processador
executa a transferência de dados entre o HD e a memória
RAM. Cada modo PIO existente trabalha com uma taxa distinta
de transferência de dados, conforme mostra a seguinte tabela:
DMA e UDMA
Os HDs IDE mais recentes trabalham com um padrão conhecido como
Ultra-DMA (UDMA). Essa tecnologia permite a transferência de dados
em uma taxa de, pelo menos, 33,3 MB/s (megabytes por segundo). O
padrão UDMA não funciona se somente for suportada pelo HD. É
necessário que a placa-mãe também a suporte (através de seu chipset),
caso contrário, o HD trabalhará com uma taxa de transferência mais
baixa. Veja o porquê: existe 4 tipos básicos de Ultra-DMA: UDMA 33,
UDMA 66, UDMA 100 e UDMA 133. Os números nestas siglas
representam a quantidade de megabytes transferível por segundo.
Assim, o UDMA 33 transmite ao computador dados em até 33 MB/s.
Complemento de aula
FCC - UFT - SP - Tipo 3 - 2005
Arquitetura SUN
Na arquitetura SUN o conceito de placa mãe
tornou-se obsoleto. Blades,Board´s, I/O´s
tomaram o lugar das antigas formas de
atribuição de recursos.
Arquitetura SUN
e450
6500
e10000
f15000
Família produtiva de servidores SUN
f25000
Arquitetura RISC
Processadores de Conjunto Reduzido de
Instruções Computacionais ('Reduced
Instruction Set Computing' ou, abreviadamente
RISC) são muito mais velozes do que os
processadores comuns (CISC). O termo
'Conjunto Reduzido de Instruções' refere-se
ao número de ciclos de clock que o
processador leva para selecionar uma
instrução. Processadores comuns levam
vários ciclos de clock para selecionar uma
única instrução. Um chip RISC, por outro lado,
pode selecionar e executar uma instrução a
cada ciclo de clock.
Vantagens RISC
Velocidade
Devido a tecnologia pipelined os processadores RISC alcançam duas a quatro vezes a
performance dos processadores CISC usando tecnologia de semicondutor equivalente e
os mesmos valores de clock.
Simplicidade do Hardware
Pelo fato de um processador RISC trabalhar com instruções simples, o processador utiliza
de menos espaço no chip, funções extras como circuito de gerenciamento de memória e
unidade aritmética armazenada num mesmo chip. Chips menores permitem que o
fabricante armazenem mais dispositivos em uma única pastilha, o que pode baixar
consideravelmente o custo.
Instrução de máquina simples
As instruções construídas para um processador RISC são simples e pequenas o que
aumenta a sua performance.
Desvantagens RISC
A transição da arquitetura CISC para arquitetura RISC pode apresentar alguns problemas
devido ao fato que os engenheiros de software podem ter problemas para fazer a
transição do código de memória de maneira correta.
Qualidade do Código
A performance de um processador RISC depende diretamente do código gerado pelo
programador. No caso de um código mal desenvolvido o processador pode gastar um
tempo demasiado na execução das instruções, isto faz com que a performance de uma
máquina RISC dependa em grande parte da qualidade do código, gerado pelo
programador.
Expansão do Código
O fato da arquitetura CISC trabalhar com instrução única com ações complexas e as
máquinas RISC trabalharem com instrução simples a transição do código pode acarretar
problemas. O termo "expansão do código" refere-se ao aumento de tamanho que se
obtém de um programa originalmente compilado para uma máquina CISC, ter sido
recompilado para uma máquina RISC. A expansão vai depender da capacidade do
programador e a natureza do conjunto de instruções de máquina.
Composição de domínios
A arquitetura SUN prevê a utilização de domínios como sendo a
estrutura básica de disponibilização ao usuário.
Um Domínio contém um sistema, que pode conter, uma ou mais board´s
que por sua vez estão associados à um número específico de
processadores, memória e pode estar vinculado a uma ou mais I/O
board´s.
As I/O board´s por sua vez estão ligadas à periféricos, sub-sistemas de
discos e outros.
SPARC
SPARC (Scalable Processar ARChitecture - Arquitetura de
Processadores Escaláveis) é uma arquitetura definida pela Sun
Microsystems. A arquitetura SPARC é inspirada na máquina RISC I de
Berkeley, e seu conjunto de instruções e organização de registradores é
fortemente baseado no modelo RISC de Erkeley
Entre 1984 e 1987 a SUN Microsystems definiu o SPARC [SUN87]. O
SPARC [GAR88] é uma arquitetura aberta com várias implementações
em silício, com compatibilidade binária assegurada através da
obediência às definições propostas.
O SPARC é uma arquitetura RISC de 32 bits com "pipeline". Está
dividido em duas partes: uma UNIDADE INTEIRA e uma UNIDADE DE
PONTO FLUTUANTE. Cada uma destas unidades tem seu próprio
conjunto de registradores, todos de 32 bits.
Contato
Frank S. F. Bastos
E-MAIL.: [email protected]
MSN.: [email protected]
Skype.: frankbastos