HARDWARE [Wk;HPP;GH]
2. ARQUITECTURA DOS PC’S, MEMÓRIAS, PROCESSADORES
e PERIFÉRICOS
2.1 – A Arquitectura dos PC´s
A Placa-mãe;
O microprocessador;
Memória RAM; Memória Cache;
IRQ; ROM-BIOS;
Barramentos;
Disco Rígido; Discos Amovíveis;
Placas de Vídeo;
A Caixa;
A placa principal - motherboard (placa-mãe) [GH-1]
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2
A placa principal (cont./1) [1]
A placa principal possui todos os componentes fundamentais para o
funcionamento do computador, como, o microprocessador, memórias RAM
e ROM, o BIOS, circuitos integrados especiais, os barramentos, e
conectores de acessos externos que permitem ao processador comunicar
com os restantes periféricos, como discos rígidos, placas gráficas, etc.
Os componentes na motherboard são interligados por diversas camadas
(layers) de circuitos condutores de cobre, que são sobrepostas e coladas.
Quanto maior o nº de camadas, melhor a placa. A disposição dos
componentes na placa pode melhorar o funcionamento da placa-mãe (em
geral melhores placas têm menores níveis de radiação e maior facilidade
de acesso aos componentes quando montada na caixa)
A placa-mãe deve ser a principal preocupação para quem pretenda adquirir
um computador, pois o seu barramento (Front side bus) é fundamental
para o desempenho do computador e para a velocidade a que irá funcionar
o processador, a memória e toda a informação que circula na mesma.
>>>exercício1
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3
A placa principal [Wk] (cont./2) - componentes
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4
O Processador[Wk] [GH-2] [2]
O Processador é o componente mais importante da
placa principal, e influencia decisivamente a ‘quantidade
de trabalho’ executada pelo computador (i.e. o numero de
aplicações informáticas em execução e a sua velocidade).
Apesar do processador (também designado CPU = Central Processor Unit)
ser o componente mais importante do microcomputador (pois é ele quem
processa quase todas as informações), ele não é necessariamente o maior
responsável pelo desempenho geral do microcomputador. Na verdade
(dependendo da aplicação à qual o computador se destina), o (bom/mau)
desempenho do microprocessador pode ser menos importante que a
quantidade de memória RAM, que o desempenho da placa de vídeo 3D, ou
até mesmo que o desempenho do disco rígido. O Desempenho é função da
velocidade do componente mais lento, durante a execução dos programas.
As características principais do processador são a sua velocidade de
relógio (clock) máxima (notar que o processador usa o clock da placamãe), o seu tipo (CISC ou RISC), o nº de bits dos registos internos e do
barramento de dados, a memória-cache, e a memória endereçável.
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5
Processadores da família INTEL [GH-3] [2]
Mostra-se abaixo a evolução e características principais dos microprocessadores da INTEL:
bus dados (bits)
maxima
(microns) (Volts)
#
data internoexternoe nder cache(KB)
vel process
Nº transistores
mem.ender.tec.fabricoV.int vel barramento
evolução na arq
4004 (1º microprocess.)
1971
4
4
10
108kHz
2300
0,64MB
8086
1978
16 8+8
20
8MHz
2900
1MB
8088
1979
16
8
20
8MHz
2900
1MB
80286
1982
16
16
24
20MHz
134000
16MB
+multitarefa+mod
80386(DX)
1985
32
32
32
33MHz
275000
4GB
+virtual86
80386SX
1988
32
16
32
33MHz
275000
16MB
80486 DX
1990
32
32
32
L1=8
50MHz 1,2 milhões
4GB
+FPU
80486DX2
1992
32
32
32
L1=8
66MHz 1,2 milhões
4GB
+vel interna o dob
80486DX4
1992
32
32
32
L1=8 120MHz 1,2 milhões
4GB
pentium
1992
32
32
32
L1=16 200MHz 3,2 milhões
4GB
+dual Pipeline
PentiumPro
1995
32
32
64L1=16;L2<=1MB 200MHz 5,5 milhões
64GB
+tres Pipelines+n
Pentium II
1997
32
32
64
L1=32 445MHz 7,5 milhões
64GB
+MMX+nucleo RIS
Pentium II Celeron 1998
32
64
64 L1=32;L2=128 500MHz 7,5 milhões
64GB
0,25
Pentium II Xeon
1998
32
64
64 L1=32;L2=2MB 550MHz 7,5 milhões
64GB
Pentium III
1999
32
64
64 L1=32;L2=1MB
1GHz 9,5 milhões
64GB
0,25 2,2V
Pentium III Xeon
2000
32
64
64 L1=32;L2=512
1GHz
64GB
Pentium III E,EB,Tualatin
2001
32
64
64
L2=256 1,26GHz 28,1 milhoes
0,18 1,6V
Pentium 4
2002
64
64
64 L1=20;L2=256
42 milhões
Pentium 4 XD
2002
64
64
64
L2=2x1MB 3,2 GHz
0,09
800MHz
Pentium 4 D
64
>>>exercício2
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6
Memória[Wk] RAM [GH-7] [3]
 RAM (Random Access Memory) =

= Memória de acesso aleatório;
 As memórias RAM são dispositivos que permitem armazenar dados,
instruções e resultados de processamentos durante o funcionamento do
computador; Comunicam directamente com o processador; A RAM está
organizada em células e cada uma destas é uma unidade básica de
armazenamento; A cada célula corresponde um número de endereço.
 Os dados na RAM podem, a qualquer instante, ser apagados, escritos e
lidos pelo processador; Quanto mais memória RAM o computador tiver,
mais informações pode guardar, e em geral melhor é o seu desempenho.
 Actualmente os tipos principais de memórias são: DIMM (168 contactos
usadas desde Pentium II até ao Pentium 4), e as DDR (de 186 contactos
que funcionam até 533MHz) que existem em versão DDR2 (trabalham ao
dobro da velocidade das DDR).
>>>exercício3
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7
Memória Cache [Wk] [4]
O microprocessador é muito mais rápido que a memória RAM. Isso faz com
que fique sub-utilizado quando necessita enviar muitos dados repetidamente,
pois a RAM não consegue armazenar à mesma velocidade de envio do
microprocessador;
Para melhorar o desempenho, foi então (a partir do 80486) inserida uma
memória auxiliar rápida (sem estados de espera como a RAM), chamada
memória CACHE de tipo SRAM (Static RAM), que tem por função antecipar as
necessidades do microprocessador, armazenando dados com maior
probabilidade de ser utilizada a seguir pelo processador.
Existem dois tipos de memória CACHE: a interna (embutida no
microprocessador) e a externa.
Geralmente quanto maior a CACHE, melhor o desempenho do computador.
Com a Memória CACHE, são assim eliminados os tempos de espera na
recepção ou envio de dados do processador para a RAM, acelerando o
processamento.
>>>exercício4
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8
IRQ(Interrupt ReQuest) – Interrupções [Wk] [5]
IRQ
Função
IRQ 0 System Timer
processador a lidar com informação que é necessária IRQ 1 Teclado
ser processada em momentos não determinados
Controlador de
(aleatórios), como são por exemplo sinais do teclados, IRQ 2 interrupções
portas série 2 e 4
dos discos, da placa de rede, etc.
IRQ 3 (COM2 e COM4)
IRQ 4 COM1 e COM3
IRQ 5 dispositivo Audio
Cada dispositivo (teclado, drives de discos ou
 Os IRQ não são mais que circuitos que ajudam o

disquetes, placas de rede, etc) possui um IRQ.
Igualmente determinados circuitos electrónicos
internos possuem IRQs próprios (Ex: System Timer,
Real Time Clock, etc)
IRQ 6 Drive de disquetes
porta paralela
IRQ 7 (LPT1)
IRQ 8 Real Time Clock
IRQ 9 Placa gráfica
etc
etc
 O microprocessador trata os IRQs com prioridades
diferentes, dependendo da importância. Quando surge
um IRQ o microprocessador pode parar a execução
de um processo (pôr em espera), e atender de
imediato ao dispositivo que envia a interrupção.
>>>exercício5
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9
ROM-BIOS [Wk] [6]
 A memória ROM (Read Only Memory) é uma memória só de leitura.
 O BIOS (Basic Input Output System) é um conjunto de instruções
(formando programas de sistema) inscritos em memória ROM, que no
geral controlam o funcionamento de periféricos.
 O BIOS proporciona aos programas de aplicação, um meio comum de
activar funções (em periféricos), que são independentes do desenho do
hardware da placa principal.
 Existem empresas (independentes das fabricantes de motherboards), que
desenvolvem BIOS em circuitos integrados próprios. Os primeiros BIOS
eram guardadas em ROM, mas já existem BIOS inscritos em memória
Flash que têm a vantagem de poderem ser actualizadas por software (fazse download do site do fabricante), sem ser necessário trocar o circuito
integrado.
>>>exercício6
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10
Slots de expansão e Arquitecturas de BUS [Wk] [7]
 A comunicação de dados, instruções e sinais de controlo são feitas através
de linhas de comunicação que se designam por barramentos (BUS). Na
‘arquitectura’ de um PC actual podem-se encontrar várias arquitecturas de
barramentos, como sejam as ISA, MCA, EISA, PCI, PCMCIA, AGP, USB...
 Numa motherboard existem ‘slots de expansão’ para barramentos padrão.
 ISA (Industry Standard Architecture) é um BUS usado na comunicação
entre periféricos. O barramento ISA possui 16 linhas de comunicação (16
bits), e consegue transferir informação à taxa de 8 Mbps (milhões de bits
por segundo) (Mega milhões=1000000=10^6), à frequência de 8,25 MHz
( 8,25 milhões de Hz) (1Hz=1 ciclo por segundo)
 MCA (Micro Channel Architecture) foi um barramento de 32 bits introduzido
pela IBM, que não foi adoptado pela indústria.
 EISA (Enhanced ISA) é uma melhoria do ISA. Funciona a 32 bits, transfere
33Mbps à frequência de 8,25 MHz. É compatível com o ISA.
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11
Slots de expansão e Arquitecturas de BUS (Cont./1)
 VESA (Vídeo Electronics Standard Association) foi criado para soluções
gráficas. Funciona a 32 bits, transfere 133/148 (133 ou 148) Mbps à
frequência de 33/40 MHz (respectivamente). Foi um BUS muito usado
inicialmente mas caiu em desuso após o aparecimento do PCI.
 PCI (Peripheral Component Interconect) é o BUS mais usado actualmente.
Funciona a 32/64 bits (conforme o componente inserido no slot), e
transfere 132/264 Mbps à frequência de 33 MHz.
 PCMCIA (Personal Computer Card Interface
 Adapter) é usado sobretudo em PC’s portáteis
 e transfere 384 kbps.
 AGP (Accelerated Graphics Port) é um BUS criado especialmente para
placas gráficas e gráficos 3D. Funciona a 32/64 bits, e transfere 533 Mbps
à frequência de 66 MHz. Em motherboards recentes a velocidade de
transferência destes barramentos pode ainda ser multiplicada por 2,4 e 8
(neste ultimo caso atingindo taxas de 4Gbps)
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12
Slots de expansão e Arquitecturas de BUS (Cont./2)
 USB (Universal Serial Bus) foi criado como padrão único para ligações de
(até 127) periféricos e é totalmente plug and play. Transfere 12Mbps
(versão 1.1) ou 480 Mbps (ver.2.0) para periféricos mais rápidos (scanner,
audio/video digital,...), ou 1,5Mbps para periféricos mais lentos (rato, ...).
 AMR (Audio Modem Riser) é um BUS que junta as funções analógicas de
I/O de som, com o ‘Audio Codec 97’ e um modem (uma motherboard com
slot AMR já possui o modem integrado – também dito in-board). Este BUS
nos portáteis tem como equivalente o MDC (Mobile Daughter Card).
 FIREWIRE (ou norma IEEE 1394) é um BUS externo tal como o USB, mas
transfere a uma velocidade maior: 400 Mbps.
 PCI EXPRESS - tem vantagens de poder interligar várias placas e baixo
consumo de energia. Transfere no mínimo 500 Mbps e pode atingir 8Gbps,
com multiplicações até 16x.
>>>exercício7
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13
O Disco Rígido[Wk] [8]
 Uma unidade de Disco rígido é composta por um conjunto
 de discos sobrepostos, cada um com uma ou duas superfí cies de leitura/escrita, divididas em pistas numeradas e estas em sectores.
À soma de todas as pistas com o mesmo numero, de cada superfície,
chama-se cilindro (um disco rígido conterá então tantas pistas quanto o
numero de cilindros).
 As cabeças (heads) de leitura/escrita acedem a qualquer parte do disco
rigido efectuando as operações de leitura/escrita a altas velocidades
(tipicamente da ordem das 10000 rpm). Actualmente são vulgares discos
de 300GB ou mais, a preços relativamente baixos.
 Todas as operações de um disco rígido são geridas por um sistema de
controlo próprio (uma placa controladora) – cada disco possui uma placa.
 Controladores:
 ST506 – usado nos 1ºs PCs e já abandonado. Funcionava a 5MHz com
taxas de transferência de 1Mbps.
 ESDI – com ligações iguais à do ST506. Funciona a 10MHz com taxas de
transferência de 5,2Mbps.
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14
O Disco Rígido (Cont. /1) - Controladores
 IDE/DMA(Integrated Device Electronics/Direct Memory Access) – Pode ligar
no máx. 2 discos, num interface de 40 pinos, e tem taxas de transferência
de 4 Mbps. A IDE também é designada por ATA.
 EIDE (Enhanced IDE) – melhoria do IDE, e a mais usada da actualidade.
Suporta 4 ligações de discos até 200GB, com taxas de 16,6 Mbps.
 IDE Ultra DMA – é um novo processo de transferência da dados ATA que
será a norma IDE do futuro (motherboards futuras terão de suportar Ultra
DMA). Possui melhorias de segurança na verificação da integridade de
dados, e permite taxas de 33,3 Mbps.
 SCSI (Small Computer System Interface) – possibilita que dispositivos
SCSI possam comunicar entre si sem intervenção do processador. Usa
barramento de 8 bits, e existem diversas variantes SCSI: SCSI-1 com taxas
de 5 Mbps; SCSI-2 Wide com taxa de 10 Mbps; SCSI-2 Fast Wide com
taxa de 20 Mbps; SCSI-2 Ultra Wide com taxa de 40 Mbps. Actual/ vários
desenvolvimentos para barramento de 16 bits estão sendo desenvolvidos.
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15
O Disco Rígido (Cont. /2) - Cache do disco
 S-ATA(Serial – Advanced Technology Attachment) – Suporta discos
superiores a 200 MB. Possui um interface de 7 pinos, e tem taxas de
transferência de 150 Mbps. Permite ligar o disco com o PC ligado e o S.O.
em execução (hot-plugging). Algumas Características comuns são: Cache
de 8MBytes, 7200 rpm, 8,5 ms de tempo de acesso à informação.
 Após o surgimento desta nova tecnologia, a anterior IDE (também
designada por ATA) passou a ser designada por Parallel ATA.
 A Cache do Disco:
 A Cache do Disco têm uma função semelhante à cache usada nas Placas-
mãe, i.e., guardar a informação do disco que mais probabilidade tem de ser
requisitada futuramente. Existe a Cache de Hardware, localizada na placa
controladora do disco, com processador próprio, e Cache de software que é
criada por software especial e não necessita de hardware dedicado, mas é
mais lenta que a de hardware. O Buffer do Controlador é uma pequena
porção de memória que serve para guardar todos os dados requisitados ou
provisórios do processador do controlador.
>>>exercício8
IMC - sU.E/A-2.1
16
O Disco Rígido (Cont. /3) - tecnologia RAID [Wk]
 O RAID (Redundat Arrays of Independent Disks) – é uma tecnologia de
armazenamento com múltiplos discos, que oferece maior capacidade, alto
desempenho, fiabilidade, e economia no armazenamento de dados on-line.
 RAID 0 – a técnica DATA STRIPING consiste na segmentação da
informação, onde o 1º segmento é escrito no 1º disco, o 2º segmento no 2º
disco, etc. Esta técnica permite maior rapidez, mas não garante segurança
da informação guardada.
 RAID 1 – a técnica DATA MIRRORING consiste em dois discos a trabalhar
simultaneamente onde um é o ‘espelho’ do outro (cópia do outro). A
fiabilidade aqui é maior pois se o 1º falhar, o 2º disco garante a informação
 RAID 2 – a técnica DATA STRIPING COM DETECÇÃO DE ERROS
conjuga a técnica RAID 0 com serviços de detecção e correcção de erros.
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17
O Disco Rígido (Cont. /4) - tecnologia RAID
RAID 3 - a técnica DATA STRIPING COM ------- consiste na escrita da
informação de um byte em cada disco, com estes acedidos ao mesmo
tempo. Tem vantagem de rapidez de acesso, e desvantagem de só uma
operação de I/O de cada vez. Esta técnica é boa para grandes ficheiros.
 RAID 4 - a técnica DATA STRIPING COM DRIVE DE PARIDADE
DEDICADO conjuga a técnica RAID 0 com um disco extra que contém
informação de paridade, a ser usada para a detecção de erros. É mais
lenta que a RAID 3, mas também permite mais acessos I/O simultâneos.
 RAID 5 - a técnica DATA STRIPING COM PARIDADE DISTRIBUIDA
permite acessos I/O a todos os discos independentemente (I/O diferentes).
 RAID 10 - combina as técnica RAID 0 (performance) e RAID 1(segurança
de dados). É uma técnica boa para sistemas com pouca capacidade de
utilização mas com necessidade de segurança.
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18
Discos Amovíveis [Wk-1][Wk-2]
 As unidades de armazenamento de massa (discos) amovíveis são
normalmente unidades externas, existindo também unidades de disco
internas amovíveis com discos rígidos IDE.
 Discos externos magnéticos removíveis (vulgar/ disquetes) progrediram
muito, sendo que hoje em dia praticamente só se comercializam drives de
3,5” a 1,44MB. Existem ainda disquetes de grande capacidade, a 120 MB
(LS-120), 100MB e 250 MB (Zip Drives), 2GB (Jazz Drive), e 1.5 GB(Sylet).
 Os discos magneto-ópticos existem disponíveis em 2.5”, 3.5”, e 51/4 “, com
capacidades 128MB, 230MB, 640MB, 800MB (são os CD, CD-R, CD-RW)
indo até 8.4GB (DVD-RW,...), e actualmente às centenas de GB(BLU-RAY)
 Recentemente apareceram no mercado caixas onde se pode inserir um
disco rígido IDE ou SATA, para arquivo de dados externo com capacidades
de centenas de GB, que são interligadas via USB ou Fireware ao PC.
>>>exercício9
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19
A placa de Vídeo [Wk] [8]





A placa de vídeo (ou adaptador gráfico), é o dispositivo que
nos permite visualizar as imagens no monitor. Como a maior
parte dos monitores actuais ainda são analógicos, estas
placas convertem os sinais digitais processados no PC, em
analógicos da norma do monitor(ex. norma PAL).
 As placas gráficas possuem uma memória própria (as Vídeo RAM) que
variam de 512kB até 512MB. Quanto maior a memória, mais rápida e mais
cores a placa é capaz de processar, para uma determinada resolução
(resolução=numero de pixeis por area - do ecran).
 PLACAS GRÀFICAS:
 MDA(Monocrome Display Adapter) – primeira placa lançada no inicio dos
anos 80 usada para monitores monocromáticos.
 CGA(Color Graphics Adapter) – com 16 cores, possuía 16 kB de memória
vídeo e permitia algumas resoluções.
 HGA(Hercules GA) – monocromático, possuía 64 kB de memória vídeo.
 EGA(Enhanced GA) – permitia resoluções de 640x350 pixeis com 64 cores.
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20
A placa de Vídeo (Cont.)
 VGA(Vídeo Graphics Array) – permitia resoluções de 640x480 pixeis com
256 cores, e possuía memória de 256kB. O padrão actual é o SVGA, com
resoluções inicialmente 1024x768, mas agora superiores a partir de
maiores capacidades de memória (basicamente com a mesma tecnologia
embora existam outra designações, como XGA, WXGA,...)
 Para VGA ou SVGA com 16 cores, são necessários 256kB de memória
VRAM, mas para 256 cores na resolução 1024x768 será necessário 1MB,
e assim sucessivamente. Os adaptadores VGA básicos necessitam de 4
bits por pixel para representar 16 cores(2x2x2x2=2^4=16), 8 bits(=1 byte)
para 256 cores(2^8=256), ..., e 24 bits para 16,7 milhões de cores
(2^24=16,78 milhões) ou 3 bytes por pixel (24bits=3x8bits=3bytes).
 Já existem a bom preço placas de vídeo digital, que usam um socket de 24
pinos (HDI), e que permitem altas resoluções (ex. 2048x1536) suportadas
por monitores digitais TFT.
 Uma resolução também muito em voga é a 1366x768, específica da HDTV
(televisão digital). Esta também possui também um socket próprio (HDMI).
>>>exercício10
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21
A Caixa [Wk] [9]
 A Caixa do computador serve como chassis que suporta todas as peças.
Apesar de grandes fabricantes criarem caixas próprias, cada vez mais
possuem dimensões normalizadas em AT e ATX em vários tipos (miniAT=[6”x9”x16,5”]; tipo~A7=[6”x21”x16,5”]; ~Torre[6”x24”x17”]; ...)
 A escolha de caixas normalizadas é vantajosa na troca de componentes
(ex. fontes de Alimentação, unidades de disquetes, discos, etc) a preços
competitivos, por existirem disponíveis normalizados de vários fabricantes.
 A caixa ATX foi uma evolução da AT com vista à facilidade de utilização,
melhor suporte a I/O actuais e futuros, melhor suporte a processadores
actuais e futuros, e redução no preço total do sistema.
 A disposição dos componentes na caixa ATX visa facilidade de acesso
aos componentes, diminuição de ruído e de custos de refrigeração.
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22
A Caixa - (Cont.) - ATX
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23
A Caixa (Cont.) – fonte de alimentação
 A fonte de alimentação converte a corrente eléctrica alternada da rede (em
Portugal 230 VAC), em correntes contínuas necessárias para os diversos
componentes (±12, ±5, ±3,3 VDC).
 As fontes de Alimentação devem ser escolhidas consoante a caixa, e
consoante a potência necessária e previsível no futuro. Normalmente
potências entre 200 e 300W para um PC são suficientes . A potência
(Potência[W]=Tensão[230V] x Corrente[A]) que a fonte fornece deve ser
superior à soma das potências necessárias de todos os componentes. As
fontes geralmente possuem ventoinhas embutidas para dissipar calor.
 A fonte de alimentação só garante a energia necessária ao PC, enquanto
houver energia da rede. Muitas vezes é importante não perder a
informação (e muito tempo de trabalho) por falha de energia. A solução é
então alimentar o PC através de uma UPS (Uninterruptible Power Supply).
 Uma UPS de determinada potência garante a alimentação de componentes
eléctricos a essa potência durante certo tempo. (por ex. Uma UPS de
1000W garante 10 minutos à carga máxima! Se só alimenta um PC de
200W de potência, na falha de energia, o PC fica alimentado 50 minutos).
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Referências
Bibliografias e Links a páginas consultadas
•[HPP] Gouveia J., Magalhães A.; “Hardware, PC’s e Periféricos – curso completo”; F.C.A.;
Março 2006; ISBN-13: 978-972-722-535-4;
•[GH-] ‘O Guia do Hardware’ - http://www.guiadohardware.net/livros/hardware/; Abril 2006;
•[Wk-] ‘Wikipedia’ - http://pt.wikipedia.org/wiki/; Abril 2006;
Referências detalhadas
[01] [HPP] cap.1; pags 01-02;
[02] [HPP] cap.1; pags 02-09;
[03] [HPP] cap.1; pag. 09;
[04] [HPP] cap.1; pag. 10;
[05] [HPP] cap.1; pag. 11;
[06] [HPP] cap.1; pag. 12;
[07] [HPP] cap.1; pags 12-18;
[08] [HPP] cap.1; pags 18-29;
[09] [HPP] cap.1; pags 33-35;
[10] [HPP] cap.1; pags 29-33;
Feedback da sU/E
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