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U E S C

Introdução à Ciência da Computação

Funcionamento do computador

Dispositivos de entrada

CPUMemória

Dispositivos de saída


Funcionamento do computador – Fluxo de Informações

CPU:

Unidade de aritmética e lógica (UAL)

Unidade de controle (UC)

Registradores

Central Processing Unit - CPU

Unidade Central de Processamento - UCP

Os registradores são implementados com semi-condutores e são utilizados como locais de

armazenamento temporário de dados provenientes da memória destinados à UAL, ou vice-versa.

Responsável pela execução de fato das operações aritméticas e lógicas dos dados.

É um circuito lógico responsável pelo funcionamento da máquina, onde realiza-se em ciclos, as seguintes

operações transferência e armazenamento de informações


Principal:

RAM (Randomic-Access Memory)

ROM (Read-Only Memory)

Auxiliar:

Discos rígidos, disquetes, CD-ROMs, Fitas Magnéticas, etc.


Memória

Programabootstrap

ROM

Memóriavolátil

Memória principal

Sistemaoperacional

Armazenamentoem disco Programa

bootstrap

Memória principal

Sistemaoperacional

Armazenamentoem disco

Sistemaoperacional


Processamento de dados



Exemplo:

Micro-código para multiplicação

1. Carregar o primeiro número para o registrador AX

2. Carregar o segundo número para o registrador BX

3. Multiplicar AX por BX e colocar o resultado no registrador CX

4. Armazenar o valor de CX na memória



Exemplo:

U.C.

1. Carregar o primeiro número para o registrador AX

2. Carregar o segundo número para o registrador BX

3. Multiplicar AX por BX e colocar o resultado no registrador CX

4. Armazenar o valor de CX na memória

U.A.L.

1. AX: 4

2. BX: 46

3. CX: 184


Fatores que afetam a velocidade do processamento

Tamanho dos registradores

Quantidade de memória

Co-processador aritmético

Relógio interno (clock)

Barramento

Memória cache



Relógio interno (clock)

Unidade de medida: Hertz (Hz)

Ciclos de relógio por segundo

400 MHz, megahertz: 400 “milhões de ciclos por segundo”



Barramento

Barramento de dados 16 bits, 32 bits, 64 bits

Barramento de endereços CPUs antigas: 20 bits 220, ou 1 Mb

CPUs atuais: 32 bits 232, ou 4 Gb


Memória Registradores


Memória cache

Operação demorada:

Cache é bem mais rápida do que a RAM.

Dados



Memória cache


O processamento no microcomputador ocorre na CPU, cujas

duas partes principais são a Unidade de Controle e a Unidade de

Aritmética e Lógica (UAL).

A manipulação dos dados propriamente dita ocorre na (UAL),

que está conectada a registradores que contêm dados.

Uma parte da memória chamada ROM é não-volátil e é usada

para armazenar instruções que fazem o computador funcionar

no instante que ele é ligado.

Resumo


A parte maior da memória, chamada RAM, é volátil: programas e

dados podem ser armazenados e eliminados conforme necessário.

A CPU acessa cada local de memória com um número exclusivo,

chamado endereço de memória.

O tamanho dos registradores determina a quantidade de dados

com a qual o computador pode trabalhar em um dado instante.

Resumo


A quantidade de RAM pode afetar a velocidade, porque quanto mais

houver mais dados a CPU pode armazenar na memória principal,

recorrendo menos ao armazenamento.

O relógio do sistema (clock) define o ritmo da CPU.

Há dois tipos de barramento (bus): o barramento de dados e o

barramento de endereço.

A largura do barramento de dados determina quantos bits de cada

vez podem ser transmitidos entre a CPU e outros dispositivos.

Resumo


O tamanho (ou largura) do barramento de endereços determina o

número de bytes de memória que a CPU é capaz de acessar.

A cache é um tipo de memória de alta velocidade que contém os

dados e instruções mais recentemente carregados pela CPU.

O co-processador aritmético acelera o processamento de operações

aritméticas porque efetua cálculos de ponto flutuante para a CPU.


Resumo

Placa Mãe• Conecta a CPU aos demais componentes do

computador:– “On-board” – A fim de reduzir custos, traz,

embutidos, componentes das placas adicionais (som, rede, fax e vídeo)

– “Off-board” – Desempenha apenas as tarefas de placa mãe. Provê um melhor desempenho

Poderia ser comparada à “medula” de um computador.Leva as informações do “cérebro” ao resto do “corpo”


Placa MãeFuncionamento do computador

• Acomoda o processador e todos os componentes que permitem ao processador interagir com os demais periféricos

• Gerencia transação de dados entre CPU e periféricos.

Muitas placas mãe permitem – upgrade – Modificação da velocidade do clock, tipo de

processador...

Tipos de Placa mãe

Inicialmente as placas mães são divididas quanto a sua forma de alimentação.

Conexão AT Conexão ATX

Tipos de Placa mãe

Placa com conexão AT

AT é a sigla para (Advanced Tecnology). Trata-se de um tipo de placa-mãe já antiga.

Seu uso foi constante de 1983 até 1996.

O conector de alimentação da fonte AT, que é ligado à placa-mãe, é composto por

dois plugs semelhantes, que devem ser encaixados lado a lado, sendo que os fios de

cor preta de cada um devem ficar localizados no meio.

Com o padrão AT, é necessário desligar o computador pelo sistema operacional,

aguardar um aviso de que o computador já pode ser desligado. As fontes AT não

usam o recurso de desligamento automático. Os modelos AT geralmente são

encontrados com slots ISA, EISA, VESA nos primeiro modelos e, ISA e PCI nos

mais novos AT.

A Posição dos slots de memória RAM e socket de CPU sempre em uma mesma

região na placa-mãe, mesmo quando placas de fabricantes diferentes.

Tipos de Placa mãe

Placa com conexão ATX

ATX é a sigla para (Advanced Tecnology Extendend). O objetivo do ATX

foi de solucionar os problemas do padrão AT. Praticamente todos os

computadores novos vêm baseados neste padrão. Entre as principais

características do ATX, estão:

•o maior espaço interno, proporcionando um ventilação adequada, •conectores de teclado e mouse no formato PS/2 (conectores menores) •conectores serial e paralelo ligados diretamente na placa-mãe, sem a

necessidade de cabos, •melhor posicionamento do processador, evitando que o mesmo impeça a

instalação de placas de

•expansão por falta de espaço.

Tipos de Placa mãe

Placa com conexão ATX

A posição dos slots de memória RAM e socket de CPU variam a posição conforme o fabricante. Nestas placas serão encontrados slots de memória SDRAM, Rambus, DDR ou DDR-II, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe. Geralmente os slots de expansão mais encontrados são os PCI, AGP, AMR/CNR e PCI-Express. Gerenciamento de energia quando desligado o micro, suporta o uso do comando "shutdown", que permite o desligamento automático do micro sem o uso da chave de desligamento encontrada no gabinete. Se a placa mãe for alimentada por uma fonte com padrão ATX é possível ligar o computador utilizando um sinal externo como, por exemplo, uma chamada telefônica recebida pelo modem instalado.

• É o caminho do processador com a memória e o circuito de apoio

– Barramento de dados: é por onde os dados circulam

– Barramento de endereços: é por onde a informação de endereço é fornecida

– Barramento de controle: informações adicionais: exemplo, se a operação é de leitura ou escrita.

BARRAMENTO


Funcionamento do computador01 Slots PCI

Slot PCILigar os periféricos ao barramento, suas

velocidades são correspondentes as do seus barramentos. Nas placas mãe são encontrados vários slots para o encaixe de placas.

Alguns exemplos de slots:ISA (Industry Standard Architecture):

Utilizado para conectar periféricos lentos (16 bits baixa velocidade)

PCI: Periféricos que demandem velocidade, como a placa de vídeo. (32 bits, alta velocidade)

AGP (Accelerated Graphics Port): Utilizado por interface de vídeos 3D, é o tipo de slot mais rápido do micro. (32 bits, alta vel


Funcionamento do computador02 Placa de som embutida

Placa de Som

• Desde então, vários fabricantes passaram a produzir suas placa mãe com placa de som. A maioria das placas é montada usando peças de diversos outros fabricantes. Com isso, os fabricantes de placa mãe foram naturalmente pressionados para que lançassem placas-mãe que já viessem com uma placa de som embutida, fazendo com que o micro já fosse compatível com a especificação PC97.


•Há algum tempo atrás, a Microsoft sugeriu ao fabricantes que todos os PCs já viessem de fábrica com placa de som. Essa sugestão, chamada especificação PC97, é opcional mas ajuda na hora de dizer que um determinado programa é ou não 100% compatível com a sua máquina.

Funcionamento do computador03 Placa de rede embutida

Funcionamento do computador04 Bateria para a BIOS e relógio interno

Funcionamento do computador05 Conexões USB internas

• 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.

• Foi concebido para minimizar o esforço de concepção de

periféricos, no que diz respeito ao suporte por parte dos SO e

hardware. Surgiu um padrão que permite ao SO e à placa mãe

diferenciar, transparentemente:

• A classe do equipamento;

• As necessidades de alimentação eléctrica do dispositivo;

• As necessidades de largura de banda;

• Eventuais modos de operação internos ao dispositivo.


Antes do Próximo Componente• O chipset da Placa Mãe determina as tecnologias que

podemos ter ou não disponíveis no nosso sistema.

Normalmente existem dois chipsets associados

"Northbridge" e o "Southbridge".

O chipset de "Northbridge" estabelece a comunicação entre

o processador e o resto da Placa Mãe (RAM, AGP, e

dispositivos PCI).

O chipset de "Southbridge" estabelece a comunicação dos

interfaces (IDE, Drive Disquetes, Portas Paralelas, Portas

Serie, Firewire, Ethernet, etc).


Funcionamento do computador06 Componente Southbridge (E/S)

Funcionamento do computador07 BIOS

BIOS• BIOS, sigla para Basic Input/Output

System (Sistema Básico de Entrada/Saída). O BIOS é o primeiro programa executado.

• Sua função é preparar a máquina para que o SO, possa ser executado.

• O BIOS é armazenado num chip ROM (Read-Only Memory, Memória de Somente Leitura).


Funcionamento do computador08 Conectores Serial ATA

Serial ATASerial ATA, SATA ou S-ATA (Serial Advanced

Technology Attachment) é uma tecnologia de

transferência de dados entre um HD e a placa mãe.

É o sucessor da IDE que foi renomeada para PATA

(Parallel ATA) para se diferenciar de SATA.

Diferentemente dos discos rígidos IDE, que transmitem

os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios

paralelos, os discos rígidos SATA transferem os dados

em série em apenas quatro fios, o que permite usar

cabos com menor diâmetro.


Funcionamento do computador09 Conexões do gabinete (LEDs)

Funcionamento do computador10 Conectores de som

Funcionamento do computador11 Conector Ethernet (RJ-45)

Funcionamento do computador12 Conectores USB

Funcionamento do computador13 Porta paralela

• A porta paralela é uma interface de comunicação entre um computador e um periférico.

• Possui taxa de transferência de 150 KB/s e é unidirecional. O sistema usa transmissão 4 bits por vez, com sinais de retorno como "busy", "paper out", etc. Para a conexão de ZIP drives e até mesmo impressoras mais rápidas, a porta paralela tradicional é muito lenta, sobretudo porque é unidirecional e utiliza apenas 4 bits de retorno (ou seja, transmite a 8 bits, porém recebe informações a 4 bits por vez).


Funcionamento do computador14 Conectores de teclado e mouse

• Os conectores de mouse e teclado introduzidos com o PS/2 eram conectores mini-DIN de 6 pinos. Na época, os PCs de outros fabricante usavam teclados com conector padrão AT (DIN de 5 pinos) e mouses seriais (conector de 9 pino, DB-9). Atualmente os PCs usam conectores de mouse e teclado no mesmo padrão do PS/2. Com a especificação PC97, estes conectores passaram a ser coloridos: verde para o de mouse e lilás para o de teclado.


Funcionamento do computador15 Slot AGP

AGP• Acelerated Graphics Port. Barramento rápido

usado pela placa de vídeo. Aparece como um slot marrom na placa mãe. Existem várias versões do AGP, chamadas AGP 1X, 2X, 4X e AGP Pro.

• O AGP 1X permite transmissão 266 MB/s,

• AGP 2X trabalha a 533 MB/s.

• AGP 4X atinge 1066 MB/s.

• AGP Pro, possui uma capacidade maior de fornecimento elétrico. Enquanto os slots AGP tradicionais fornecem até 20 Watts, os slots AGP Pro fornecem 50 Watts (AGP Pro 50) ou 110 Watts (AGP Pro 110).


Funcionamento do computador16 Componente Northbridge (Memória/vídeo/CPU)

Funcionamento do computador17 Encaixe para o cooler

Funcionamento do computador18 Soquete do processador


O processador fica encaixado no socket devendo observar que uma

placa-mãe não aceita qualquer tipo de processador, pois é

desenvolvida para modelos específicos. Cada tipo de processador

tem características que o diferenciam de outros modelos, a

quantidade de pinos, por exemplo, ou na velocidade de

processamento. Assim sendo, a placa-mãe deve ser desenvolvida

para aceitar determinados processadores


As placas mãe são desenvolvidas para serem compatíveis com mais

de um processador. Uma placa mãe soquete 7, por exemplo,

suportará desde um Pentium de 75 MHz até um K6-2 de 550 MHz,

passando por processadores Pentium MMX, K6 e Cyrix 6x86. Uma

placa soquete 370, suporta processadores Celeron e Pentium III.

Placas soquete A são compatíveis com os processadores Athlon e

Duron da AMD.


Socket 7Processor P55C/P54C/P54CS 90MHz-233MHz (66Mhz).

Cryix M IITM 300MHz ~ 333MHz , 6x86MXTM PR166+ ~ PR266+ AMD-K6 -2, AMD-K6? 233MHz ~ 350MHz, AMD-K6-2 350MHz ~ 500MHz


Apaptador de Socket 370 para Slot1.


Suporte a Pentiun II


Placa Mae Para

Socket 939 Pinos ,

Suporta

Processadores A64 e

Dual Core X2 ate o

modelo 4800+


Socket 775

Processadores AMD

Athlon 64 (64-bits)

e Sempron

Funcionamento do computador19 Slots de memória

Funcionamento do computadorAs placas-mãe mais antigas trabalhavam com tecnologia

conhecida com SDRAM ou DIMM, atualmente o padrão mais

usado é o DDR (Double Data Rate). As memórias RAM também

trabalham com velocidade (clock) diferente. As DDR mais

comuns trabalham 266, 333, 400, e 533Mhz. Existe também a

DDR2, que trabalham a velocidades de 533, e 677 Mhz

Com relação à capacidade de instalação de memória RAM nas

placas-mãe mais antigas chagava a 32MB ou 64MB, entretanto

hoje é comum micros com 512MB ou 1024MB(1GB) e podendo

expandir (dependendo da placa-mãe) até 8GB


SIMM 72 pin


DIMM


DDR


DIP

SIPP

SIMM 30 pin

SIMM 72 pin

DIMM (168-pin)

DDR DIMM (184-pin)


DDR400 de 1GB da Kingston

SDRAM ou DIMM

Funcionamento do computador20 Conectores IDE

Funcionamento do computador21 Conector de força

Funcionamento do computador22 Conector do floppy

Funcionamento do computador23 Controlador de discos

Funcionamento do computadorPortas Básicas 1. Porta Paralela -

Para impressora

2. Porta Serial – Mouse, Modem

3. Porta USB – Impressora Scaner, Pen Drive

4. Porta PS/2 – Mouse e Teclado

• Assim como o barramento do PC, o processador

também possui um barramento interno de dados e

endereços.

• O Processador usa um barramento para se comunicar com os dispositivos. Assim é possível que o processador envie informações e receba. Esse barramento é conhecido como "barramento de dados" (ou data bus).

Processadores – Barramento

• 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.


• N a parte de baixo de um processador existe terminais ou pinos de contato. Cada um destes pinos 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, o processador destina 16 "perninhas" 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.


• Os processadores são envolvidos por um

envólucro, que tem por finalidade proteger

seus circuitos internos de impurezas,

irradiações e interferência e que também

permitem manuseá-los com segurança.

Processadores – Encapsulamento

Para que os processadores mantivessem a

compatibilidade de operação entre eles foram

desenvolvidos 2 modos de operação :

• Modo Real – O processador se porta exatamente como

um 8086, possuindo exatamente o mesmo conjunto de

instruções e acessando apenas 1 MB de memória.

(nenhum recurso extra é conseguido).

Processadores – Modos de Operação

• Modo Protegido – Onde o processador pode atingir o

máximo de seu desempenho com um conjunto de

instruções mais complexo e uso de recursos extras

como :

• Memória virtual

• Proteção de Memória

• Multitarefa

Processadores – Modos de Operação

Referências

Material adaptado de:

Amaral. R, Funcionamento do Computador. Disponível em http://microcampos.com.br/FuncionamentoComputador.ppt

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