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Evolução da arquitetura de computadores Apresentação A arquitetura de computadores é o projeto conceitual e fundamental da estrutura operacional de um sistema computacional. Ela é o estudo dos requisitos necessários para que um computador funcione, e de como organizar os diversos componentes para obter melhores desempenhos. Com o objetivo de tornar o mundo um lugar melhor, essa arquitetura foi evoluindo e, hoje, sabe-se que o impacto das gerações atuais de computadores na sociedade é exponencial. A era tecnológica tornou-se fundamental para o desenvolvimento da humanidade e, ao contrário do que se pensava antes, de modo sustentável. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar a evolução tecnológica e a história do sistema computacional, compreendendo as diferenças entre os componentes contemporâneos e os do passado e como funcionam um processador e suas subdivisões. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar os principais fatores que marcaram a evolução tecnológica e a história do sistema computacional. • Diferenciar os componentes atuais dos mais antigos.• Reconhecer o funcionamento de processadores e suas subdivisões.• Infográfico Embora os computadores tenham aparecido somente na década de 1940, os fundamentos em que se baseiam remontam a centenas ou até mesmo milhares de anos. Para chegar até eles, foram necessárias diversas transformações ao longo do tempo, acompanhando o avanço das áreas da Matemática, da Engenharia e da Eletrônica. Veja no Infográfico a seguir a evolução dos diferentes dispositivos matemáticos, que permitiram a chegada da realidade atual, com o uso de computadores. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/d71c75e1-3942-4019-9506-09f5aa212f6f/314d695e-9b3e-4c89-bf84-fd88f397bc44.jpg Conteúdo do livro O paralelismo da evolução tecnológica entre sistemas ou plataformas e também equipamentos ou hardware ocorre de forma constante e ascendente. Até pouco tempo atrás, a plataforma de serviços como conhecemos hoje era impensável conceitualmente e, em alguns casos, não havia infraestrutura computacional capaz de suportar esses anseios tecnológicos. Para saber mais, acompanhe a leitura do capítulo Evolução da arquitetura de computadores, da obra Arquitetura de computadores e sistemas digitais, que serve como base teórica desta Unidade de Aprendizagem. Boa leitura. ARQUITETURA DE COMPUTADORES E SISTEMAS DIGITAIS Fabrício Felipe Meleto Barboza Evolução da arquitetura de computadores Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar os principais fatores que marcaram o histórico do sistema computacional. Explicar fatores acerca da evolução tecnológica. Diferenciar os componentes atuais dos mais antigos. Introdução Neste capítulo, você vai estudar sobre o histórico do sistema compu- tacional, fatores sobre a evolução tecnológica e a diferenciação entre componentes do passado e os atuais, além de ver como funciona um processador e suas subdivisões. Histórico do sistema computacional: principais fatores Os primórdios dos computadores datam de muitos anos atrás, por volta de 5500 a.C., com a criação do ábaco (Figura 1), que era utilizado para realizar diversos cálculos do dia a dia dos seres humanos em diversas etapas da humanidade. Figura 1. Ábaco. Fonte: Plutonius 3d / Shutterstock.com. Em 1622, o inglês William Oughtred inventou a régua de cálculo (Fi- gura 2), uma ferramenta baseada na tábua de logaritmos e que funciona por meio da aproximação de resultados, de forma não totalmente precisa. Figura 2. Régua de cálculo. Fonte: Coprid / Shutterstock.com. Em 1833, ocorreu um grande marco na história dos computadores: Charles Babbage e Ada Byron King se conhecem profissionalmente. Por volta de 1834, Charles Babbage inventou outra máquina: dessa vez, a má- quina analítica, que tinha propósito de uso geral. Foi a primeira máquina que poderia ser programada para executar vários comandos de qualquer tipo. Apesar de Babbage não ter tido oportunidade de construí-la, tanto por falta de recursos financeiros quanto tecnológicos, essa máquina foi base para os computadores que utilizamos até hoje, como, por exemplo, Evolução da arquitetura de computadores2 CPU e memória expansíveis. Logo em seguida, Ada se tornaria a primeira programadora de computadores do mundo, trabalhando muito tempo ao lado de Babbage. Ada foi quem inventou e visualizou a importância dos laços de repetição (loops), de forma a trabalhar em cartões perfurados para que isto ocorresse. Sua contribuição para a informática foi tão grandiosa que o governo americano batizou uma linguagem de programação com o nome de Ada. Como terceiro ponto da evolução histórica marcante, temos a máquina de Pascal (Figura 3), considerada a primeira calculadora mecânica e que funcio- nava por meio de dois discos distintos, os quais desempenhavam o papel de inserir dados e colher os resultados. Figura 3. Máquina de Pascal. Fonte: Everett Historical/Shutterstock.com. Depois disso, foi a vez do lançamento do ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Computer), que foi lançado em 1946. Muito rápido para a época, era um gigante, medindo 25 metros de comprimento por quase 6 metros de altura. 3Evolução da arquitetura de computadores Figura 4. ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Computer). Fonte: Everett Historical/Shutterstock.com. Após o sucesso do ENIAC, vieram os computadores modernos da segunda e terceira geração e, entre eles, destacaram-se: IBM 7030; PDP-8; IBM 360/91. Eis que chegamos na quarta geração dos computadores modernos, que é a geração que contempla os atuais computadores. Essa quarta geração iniciou-se com o lançamento do Altair 8800, má- quina compacta e com um visual apresentável, facilitando a sua adoção em massa, ao contrário dos fisicamente gigantes computadores disponíveis até então. Evolução da arquitetura de computadores4 Segundo Gugik (2009), o "Altair 8800, lançado em 1975, revolucionou tudo o que era conhecido como computador até aquela época. Com um tamanho que cabia facil- mente em uma mesa e um formato retangular, também era muito mais rápido que os computadores anteriores. O projeto usava o processador 8080 da Intel, fato que propiciou todo esse desempenho." A partir disso, surgiram pessoas conhecidas nos dias de hoje, como Steve Jobs e Bill Gates. Jobs sempre buscou a melhoria de usabilidade do operador do com- putador, tornando a Apple a empresa a lançar o mouse e a interface gráfica para melhor interação, dois grandes marcos na história dos computadores pessoais. Já Gates iniciou sua trajetória para a construção do que viria a ser o sistema operacional mais utilizado no mundo atualmente: o Microsoft Windows. A Intel realizou parcerias para o desenvolvimento de processadores para os computadores pessoais da IBM, e Gates aproveitou para comercializar o próprio Windows. Os computadores ficaram cada vez mais potentes e menores, maximizando sua adoção e popularidade ao redor do planeta. O Microsoft Windows teve sua primeira versão comercializada em 1985, mas o sucesso veio com o lançamento da versão 3.11 em 1990. Evolução tecnológica O paralelismo da evolução tecnológica entre sistemas ou plataformas e também equipamentos ou hardware ocorre de forma constante e ascendente. Até pouco tempo atrás, a plataforma de serviços como conhecemos hoje era impensável conceitualmente e, em alguns casos, não havia infraestrutura computacional capaz de suportar esses anseios tecnológicos. 5Evolução da arquitetura de computadores Pense sobre todos os servidores e componentes evolutivos que estão pre- sentes em cadeias de plataformas atuais, como o Uber ou o iFood. Ao solicitar um Uber,o recurso tecnológico usado, que pode ser o celular, possui processador, memória, disco e tela. Esses componentes se comunicam em uma velocidade ímpar e montam o pacote de dados da sua solicitação, que é transferido para os servidores da empresa, os quais, por sua vez, recebem e confirmam a autenticidade da solicitação a partir de componentes bem similares ao do telefone: processadores, discos e memórias diversas. Um processo semelhante ocorre com o iFood, caso você solicite uma refeição, para que chegue a entrega do prato escolhido ocorra. Veja e perceba o valor agregado que ocorre com a evolução tecnológica, tanto no sentido de equipamento em si quanto nessas outras frentes e horizontes que se abrem de forma plena para a humanidade. Diferenciação entre os componentes atuais e os mais antigos Nesta seção, veremos os componentes atuais e suas diferenças para os seus antecessores, destacando a evolução tecnológica por trás das mudanças sofridas. Com o objetivo de tornar o mundo um lugar melhor, o impacto das gera- ções atuais de computadores na sociedade é exponencial. A era tecnológica é fundamental para o desenvolvimento da humanidade e, ao contrário do que se pensava antes, sustentável. Você lembra como era a burocracia para solicitar um simples táxi para o aeroporto há dez anos? Um ritual era necessário: achar o cartão da central de rádio-táxi com o número de telefone; realizar a ligação; esperar na fila para atendimento; passar a sua localidade atual, o destino e horário desejados; aguardar a chegada do veículo sem informações sobre atrasos. Há vinte anos, toda vez que você necessitava de um extrato bancário era necessário se deslocar até o caixa eletrônico e imprimir os lançamentos do período desejado, obtendo um formulário contínuo dependendo da quantidade de lançamentos. A tecnologia atual facilita essas e outras atividades do cotidiano das pes- soas, transparecendo funcionalidade e dando facilidades ao usuário final. Evolução da arquitetura de computadores6 Mas, para suportar e dar vida aos inúmeros aplicativos que surgem a cada dia, é necessário uma estrutura de servidores de alta performance e tecnologia embarcada para suportar acessos simultâneos. Assim, a partir de agora, veremos alguns dos componentes dos sistemas computacionais divididos em subitens para melhor organização e para facilitar o seu entendimento. Processador A evolução aqui ocorre a passos largos para acompanhar a sede por mais poder de capacidade computacional nos dias atuais. Como principal fabricante de processadores atualmente, a Intel é uma gigante tecnológica com grande histórico e capaz de fabricar estas jóias tão pequenas, mas tão poderosas, que são os processadores dos compu- tadores atuais. Do ponto de partida, com o lançamento do Intel 4004, a Intel foi pioneira na construção de processadores. Atualmente, detém a maior fatia de participação no mercado de forma disparada. Moreira (2011) menciona que o processador Intel 4004 foi desenvolvido por Federico Faggin, Ted Hoff e Mazor Stanley e foi um processador de 4 bits e 16 pinos que operava em 740 KHz. O chip contava com oito ciclos de clock por ciclo de instrução, o que significa que ele era capaz de realizar até 92.600 instruções por segundo. Esse processador foi, inicialmente, desenvolvido para uma fabricante de calculadoras japonesa que detinha os direitos de projeto e que, mais tarde, liberou a Intel para comercializar o processador com outras companhias. Com a explosão de vendas de computadores pessoais da IBM, a In- tel conseguiu expressivas vendas e se solidificou como empresa de forma permanente. Memória As memórias para os computadores sempre foram necessárias, pois armazenam informações que serão processadas pelo CPU ou gravadas no disco rígido. 7Evolução da arquitetura de computadores A evolução desse componente diz respeito à quantidade e velocidade tanto do próprio módulo de memória quanto da interface de comunicação com a placa mãe. A sincronização de clock das memórias nos anos 1990 e a adição de mais um sinal por clock, totalizando dois, foram os diferenciais para que a evolução das memórias acompanhassem a do processador, não deixando gargalos de desempenho. Fisicamente, memórias antigas do tipo DIMM (Figura 5) possuem dois cortes, enquanto memórias mais novas, do tipo DDR (Figura 6), possuem apenas um corte. Figura 5. Memória do tipo DIMM. Fonte: Darren Pullman/Shutterstock.com. Figura 6. Memória do tipo DDR. Fonte: Artizarus/Shutterstock.com. Evolução da arquitetura de computadores8 Disco rígido A escrita de dados de forma permanente ocorre no disco rígido. Sua evo- lução foi exponencial, indo desde os antigos big foots até os atuais SSDs. Essa evolução também ocorreu na forma de conectores que permeiam esses dispositivos, indo dos antigos e lentos IDE (Figura 7) até os atuais e rápidos, do tipo SATA (Figura 8). Figura 7. Cabo IDE. Fonte: ManeeshUpadhyay/Shutterstock.com. Figura 8. Cabo SATA. Fonte: Makovsky Art/Shutterstock.com. 9Evolução da arquitetura de computadores Placa mãe Para suportar e dar vazão a todos esses conectores e poderio de processamento, a placa mãe também teve que se reinventar. Novas funcionalidades, controles e componentes foram adicionados nas estruturas desse equipamento. Assim, antigos conectores deram lugares a novos, como a troca de IDE para SATA, a troca de AGP para PCI-X, DIMM para DDR, conector AT para ATX, etc. GUGIK, G. A história dos computadores e da computação. 2009. Disponível em: <https:// www.tecmundo.com.br/tecnologia-da-informacao/1697-a-historia-dos-computadores- -e-da-computacao.htm>. Acesso em: 24 jul. 2018. MOREIRA, E. Intel 4004, o primeiro processador da história, comemora 40 anos de idade. 2011. Disponível em: <www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2011/11/intel-4004-o- -primeiro-processador-da-historia-comemora-40-anos-de-idade.html>. Acesso em: 24 jul. 2018. Evolução da arquitetura de computadores10 Dica do professor Em relação à arquitetura de computadores, os tipos de memórias são componentes de grande importância. A palavra memória tem origem na tecnologia por volta dos anos 1940. Nessa época, pequenas quantidades de bytes eram armazenadas em válvulas a vácuo para que cálculos matemáticos bem simples fossem efetuados nos computadores de então. Com o advento do circuito impresso, as memórias tiveram um grande avanço que perdura até hoje, tanto em capacidade de armazenamento quanto na velocidade de acesso aos dados. Nesta Dica do Professor, você irá conhecer um pouco mais sobre a história da memória na área de Informática e seus principais tipos, presentes em computadores. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/43b03e433e31072a9763369a19117091 Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: História: a evolução dos computadores Você sabia que no início da década de 1950 já existiam computadores? Logicamente, eles não se pareciam nem um pouco com os que temos hoje, mas já realizavam alguns cálculos complexos em pouquíssimo tempo. Nesses 60 anos, elementos desapareceram e componentes foram criados, então prepare-se para conhecer um pouco mais sobre essa magnífica história. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. O primeiro computador do mundo Você sabia que o primeiro computador foi projetado em 1849, e que foi uma mulher quem escreveu o primeiro programa para ele? Aprofunde os seus conhecimentos por meio deste vídeo que mostra quem foram Charles Babbage e Ada Lovelace. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. A história do mouse Você consegue se imaginar usando um computador sem o mouse? Sua primeira demonstraçãopública completa 50 anos, e nada mais justo do que contar a trajetória desse produto, da invenção até os supermodelos atuais. https://www.youtube.com/embed/mFdUqqwzbVs https://www.youtube.com/embed/35MwtZ5MKjM Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.youtube.com/embed/Bx0q8KJ_8as Representações de dados e aritmética de computadores Apresentação O computador recebe, analisa, processa e transmite uma grande quantidade de dados gerados por aplicações e seus usuários. Para tal, se faz necessário que esses dados sejam compreendidos pelo computador, que é uma máquina capaz de trabalhar com variações da eletricidade que passam por seus componentes de hardware. Assim, os dados são interpretados e convertidos em valores matemáticos e lógicos para então serem utilizados. Como os circuitos eletrônicos variam apenas entre o estado ligado e desligado a matemática computacional utiliza o sistema numérico binário como base para todas a funções que o computador realiza internamente. Ele emprega 2 símbolos para representar todos os valores possíveis, o zero (0) e o um (1), chamados de bits (binary digits), unidade mais básica de informação. Por meio do sistema binário são representados, por exemplo, os números e os caracteres. Nesta unidade você irá aprender a respeito de como os computadores representam internamente os números, as letras e todo tipo de informação. Também, irá conhecer o funcionamento e a aritmética desse sistema, que é a base para os computadores atuais. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar como os computadores representam os dados internamente.• Converter números do sistema de numeração decimal para o sistema de numeração binário, sejam eles positivos ou negativos. • Realizar operações aritméticas básicas no sistema de numeração binário.• Infográfico Como o computador é capaz de compreender o que digitamos? Veja no infográfico como a linguagem natural se transforma na linguagem entendida pela máquina. Conteúdo do livro Acompanhe o capítulo Representações de Dados e Aritmética de Computadores do livro Arquiteturas de computadores, que trata do sistema de numeração posicional e conversão de decimal para binário, conteúdos importantes ao se estudar a representação de dados do computador. Boa leitura. ARQUITETURAS DE COMPUTADORES Maurício de Oliveira Saraiva Representações de dados e aritmética de computadores Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar como os computadores representam os dados internamente. Converter números do sistema de numeração decimal para o sistema de numeração binário, sejam eles positivos ou negativos. Realizar operações aritméticas básicas no sistema de numeração binário. Introdução Os computadores armazenam e manipulam dados de forma a descrever números, letras e todo tipo de informação. O bit, unidade mais básica de in- formação, pode ser representado por meio de um sistema de numeração, o binário, que é composto por zeros e uns. A soma de oito bits constitui um byte, que representa um único caractere de texto e consiste na menor unidade de armazenamento empregada pelos computadores. O termo byte também é usado para designar quantidades, como a quantidade de memória ou a capacidade de armazenamento de um dispositivo. Neste capítulo, você vai estudar o funcionamento e a aritmética do sistema de numeração binário, que é a base para os computadores atuais. Você vai verificar como os dados são representados internamente nos computadores e como são realizadas conversões e operações aritméticas básicas no sistema binário. Representação interna de dados nos computadores A representação de dados nos computadores se baseia na informação mais básica de um sistema digital, o bit (b). Bit signifi ca binary digit (dígito binário) e é representado em um circuito de computador composto por chaves elétricas de apenas dois estados, ligado ou desligado (alto ou baixo), conforme lecionam Null e Lobur (2011). Na prática, esses dois estados são representados por zeros e uns e indicam a forma como os computadores armazenam e manipulam dados para descrever qualquer caractere, como letras, números e símbolos. O conjunto de oito bits, formado por zeros e uns, representa um byte (B). Saiba mais sobre byte acessando o link: https://goo.gl/P7wTXZ Com o agrupamento de caracteres, é possível formar palavras. Nas lingua- gens humanas, as palavras possuem tamanhos diferentes, mas, nos computa- dores, todas as palavras possuem o mesmo número de caracteres, representado pela sequência de bits (zeros e uns). O tamanho de uma palavra representa a capacidade de dados que podem ser manipulados por determinada arquitetura, pois, quanto maior for o número de bytes, melhor será sua eficiência por meio do aumento do número de instruções inteligíveis, segundo Null e Lobur (2011). As arquiteturas mais antigas são conhecidas como sistemas de 8 bits (1 byte). Posteriormente, com a evolução do hardware, os sistemas foram evoluindo para palavras de 16 bits (x86 ou 16-bit) e 32 bits (i86 ou 32-bit), até chegarem aos modelos atuais de 64 bits (x64 ou 64-bit), como os processadores Intel Core i9 e AMD Ryzen Threadripper. Sistemas de numeração Um sistema de numeração pode ser defi nido pela forma como as quantidades podem ser representadas e pelas suas regras de representação. Vimos que o sistema de numeração binário é composto pelos números zero e um; no entanto, existem outros sistemas de numeração, sendo os mais conhecidos o decimal, o octal e o hexadecimal. Representações de dados e aritmética de computadores2 Os sistemas de numeração que serão apresentados a seguir pertencem aos sistemas posicionais, que representam os valores conforme a sua posição no conjunto de símbolos — quanto mais à esquerda ele estiver, mais ele vale em relação ao número que estiver à sua direita segundo Null e Lobur (2011). Sistema de numeração decimal O sistema de numeração decimal ou base 10 é o mais conhecido e difundido na humanidade, pois é o sistema que utilizamos para representar a contagem de tudo o que conhecemos — por exemplo, o dinheiro. Nesse sistema, conforme lecionam Null e Lobur (2011), o conjunto é defi nido por um alfabeto de 10 símbolos, conforme a seguinte sequência: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. O sistema de numeração decimal especifica que cada número à esquerda representa 10 vezes mais o valor que está localizado imediatamente à sua direita. A notação base 10 é definida pelo número 10 em subscrito ou simples- mente o próprio número, como o seguinte número: 352 10 ou apenas 352. A representação do número 352 pode ser visualizada na tabela a seguir. Nela, os dígitos são inseridos conforme a sua posição, e o cálculo é realizado pela seguinte expressão: a n · 10n + ... + a 2 · 102 + a 1 · 101 + a 0 · 100 3 · 102 + 5 · 101 + 2 · 100 => 300 + 50 + 2 => 352 Valor pela posição 103 102 101 100 Dígitos 3 5 2 Sistema de numeração binário Como dito anteriormente, esse é o sistema utilizado pelos computadores para representar a informação básica de um sistema digital, cujo conjunto de 3Representações de dados e aritmética de computadores símbolos é composto apenas pelos números zero e um, conforme apontam Null e Lobur (2011). No sistema de numeração binário, cada dígito à esquerda vale duas vezes mais em relação ao dígito imediatamente à sua direita. A notação base 2 é definida pelo número 2 em subscrito ao lado do número binário, conforme o seguinte exemplo: 1011 2 . A representação do número 1011 2 pode ser visualizada na seguinte tabela, na qual os dígitos são inseridos conforme a sua posição: Valor pela posição 24 23 22 21 20 Dígitos 1 0 1 1 A conversão de um número binário em decimal se dá pela expressão apre- sentada a seguir.Ao substituir os valores na expressão, encontra-se o número 11 em decimal: a n · 2n + ... + a 2 · 22 + a 1 · 21 + a 0 · 20 1 · 23 + 0 · 22 + 1 · 21 + 1 · 20 => 8 + 0 + 2 + 1 => 11 Sistema de numeração octal Conforme Null e Lobur (2011), no sistema de numeração octal ou base 8, os elementos são representados por um alfabeto de oito símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. No sistema de numeração octal, cada dígito à esquerda vale oito vezes mais em relação ao dígito imediatamente à sua direita. Representações de dados e aritmética de computadores4 A notação base 8 é definida pelo número 8 em subscrito ao lado do nú- mero octal, conforme o seguinte exemplo: 123 8 . A representação do número 123 8 pode ser visualizada na seguinte tabela, na qual os dígitos são inseridos conforme a sua posição: Valor pela posição 83 82 81 80 Dígitos 1 2 3 A conversão de um número octal em decimal se dá pela expressão apresen- tada a seguir. Ao substituir os valores, encontra-se o número 83 em decimal: a n · 8n + ... + a 2 · 82 + a 1 · 81 + a 0 · 80 1 · 82 + 2 · 81 + 3 · 80 => 64 + 16 + 3 => 83 Sistema de numeração hexadecimal O sistema de numeração hexadecimal ou base 16 apresenta um único símbolo para cada conjunto de quatro bits. Os elementos são representados pelos seguintes símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F, em que A, B, C, D, E e F representam os números 10, 11, 12, 13, 14 e 15, respectivamente, conforme lecionam Null e Lobur (2011). No sistema de numeração hexadecimal, cada dígito à esquerda vale dezesseis vezes mais em relação ao dígito imediatamente à sua direita. A notação base 16 é definida pelo número 16 em subscrito ao lado do número hexadecimal, conforme o seguinte exemplo: 5F 16 . A representação do número 5F 16 pode ser visualizada na seguinte tabela, na qual os dígitos são inseridos conforme a sua posição: Valor pela posição 162 161 160 Dígitos 5 F 5Representações de dados e aritmética de computadores A conversão de um número hexadecimal em decimal se dá pela expressão apresentada a seguir. Ao substituir os valores, encontra-se o número 95 em decimal, pois F representa 15, conforme o conjunto de símbolos: a n · 16n + ... + a 2 · 162 + a 1 · 161 + a 0 · 160 5 · 161 + F · 160 => 80 + 15 · 160 => 80 + 15 => 95 Conversão de numeração decimal para o sistema binário Vimos que os computadores manipulam os dados no formato binário e que nós, seres humanos, trabalhamos mais frequentemente com os números no formato decimal. No entanto, em algum momento pode ser necessário converter os valores do sistema de numeração decimal para a base binária, assim como converter valores da base decimal para outras bases, como octal e hexadecimal, conforme sugerem Null e Lobur (2011). A esse processo dá-se o nome de conversão de bases. Os conhecimentos de conversão de bases são importantes para o estudo da organização dos computadores, dos circuitos digitais, da lógica de programação e da arquitetura de computadores, entre outras. Conversão de número decimal sem sinal para binário Essa conversão pode ser realizada por meio do método de subtrações suces- sivas ou pelo método de divisão-resto. Por ser mais intuitivo, rápido e fácil, neste capítulo abordaremos o método de divisão-resto. Para saber mais sobre o método de subtrações sucessivas, consulte o Capítulo 2, página 76, do livro Princípios básicos de Arquitetura e Organização de Computadores, de Null e Lobur (2011). Para converter um número decimal em binário é preciso realizar sucessivas divisões por dois, gerando um resto à cada divisão, que corresponde às partes Representações de dados e aritmética de computadores6 do número binário produzido. O resultado une todos os restos de trás para a frente, conforme ilustrado na Figura 1. Figura 1. Exemplo de conversão de decimal para binário. Nesse exemplo, a conversão do número 11 para o binário 1011 ocorreu por meio dos seguintes passos: 1. Divisão de 11 por 2, gerando resultado 5 e resto 1. 2. Divisão do resultado 5 por 2, gerando resultado 2 e resto 1. 3. Divisão do resultado 2 por 2, gerando resultado 1 e resto 0. 4. Divisão do resultado 1 por 2, gerando resultado 0 e resto 1. 5. Leitura dos restos de baixo para cima, produzindo o binário 1011. Para converter um número decimal para octal ou hexadecimal, é preciso modificar apenas o divisor por 8 para octal e por 16 para hexadecimal. O modo de cálculo é o mesmo da conversão para binário, inclusive a leitura dos restos de baixo para cima. Outra forma de converter um número decimal em hexadecimal é transformá-lo para binário, agrupar em quartetos e converter individualmente cada quarteto, segundo Null e Lobur (2011). Conversão de número decimal com sinal para binário Um número binário com sinal reserva o seu dígito de mais alta ordem para armazenar o sinal positivo ou negativo. Isto é: a sua posição mais à esquerda 7Representações de dados e aritmética de computadores armazena o dígito 0, para indicar que ele é positivo, e o dígito 1, para indicar que ele é negativo, conforme lecionam Null e Lobur (2011). Vejamos o exemplo do número 10 em decimal, representado em um binário de 7 bits como 0001010 2 : Dígito 0 para números positivos (00001010 2 = +10 10 ). Dígito 1 para números negativos (11110110 2 = −10 10 ). Como visto, um número binário composto por 8 bits utiliza 7 bits para determinar o módulo do número e 1 bit para representar o seu sinal. Dessa forma, o tamanho máximo que esse número pode armazenar fica na faixa entre −127 <= X <= +127, conforme a seguinte expressão: −2N−1 − 1 <= X <= + 2N−1 − 1 Onde N representa o número máximo de bits de cada número. Para 8 bits: −27 − 1 <= X <= +27 − 1 Para 16 bits: −215 − 1 <= X <= +215 − 1 Para 32 bits: −231 − 1 <= X <= +231 − 1 O modo mais utilizado para converter um número decimal negativo em binário é conhecido como complemento de 2 (C2). Nesse método, utiliza-se a conversão do módulo do número para binário, como se ele fosse um número positivo. Em seguida, inverte-se todos os bits, incluindo o bit de sinal (de mais alta ordem), em uma operação conhecida como complemento de 1 (C1). Na sequência, soma-se 1 ao número binário produzido por C1, desprezando o último dígito de transporte, caso exista. Vejamos o seguinte exemplo para o decimal −10: Binário Operações 00001010 10 11110101 C1 +1 C2 11110110 –10 (decimal) 1. Converteu-se 10 para binário positivo, produzindo 00001010. 2. Aplicou-se a inversão dos bits (complemento de 1 − C1). Representações de dados e aritmética de computadores8 3. Somou-se 1 ao resultado de C1 (complemento de 2 − C2). 4. O resultado apresentou 11110110 2 para −10 em decimal. O complemento de 2 é uma técnica utilizada apenas para converter números decimais negativos em binários. Os números decimais positivos podem ser convertidos por meio do método divisão-resto apresentado anteriormente. Operações aritméticas básicas no sistema de numeração binário É possível realizar diversas operações com números do sistema de numeração binário. As operações básicas com números binários são adição, subtração, multiplicação e divisão, conforme será apresentado a seguir, com base em Null e Lobur (2011). Adição A adição no sistema de numeração binário segue as mesmas regras do sistema de numeração decimal. Quando se adiciona 1 ao 0, ou vice-versa, o resultado é 1. Se ambos os dígitos forem 0, o resultado será 0. No entanto, se os dois dígitos forem 1, o resultado é 0 e vai 1 para a casa à esquerda, conforme apresentado na tabela a seguir. 0 0 =+ 0 0 1 =+ 1 1 0 =+ 1 1 1 =+ 0 e vai 1 Vejamos o exemplo que soma o número 1101 2 a 1001 2 : Binário Decimal 1101 13 + 1001 9 10110 22 9Representações de dados e aritmética de computadores Subtração Na subtração, a regra também é parecida com a regra de subtração de nú- meros decimais. Quando um número menor subtrai de outro maior, ocorre o empréstimo de1 do número à sua esquerda. As regras para subtração no sistema binário estão descritas a seguir: 0 0 0– = 0 1 1 e empresta 1– = 1 0 1– = 1 1 0– = Vejamos o seguinte exemplo, que subtrai o número 1101 2 de 0110 2 : Binário Decimal 1101 13 –0111 7 0110 6 Multiplicação A multiplicação de binários também segue a mesma regra da multiplicação entre números decimais. Multiplica-se cada dígito do segundo número por todos os dígitos do primeiro número. Os resultados são acumulados na linha de baixo, com um recuo à direita. Por fi m, os números são somados conforme o método de adição. As regras para multiplicação no sistema binário estão descritas a seguir: 0 x =0 0 0 x =1 0 1 x =0 0 1 x =1 1 Vejamos um exemplo que multiplica o número 1101 2 por 1001 2 : Representações de dados e aritmética de computadores10 Binário Decimal 1101 13 x 0111 1101 1101 _ 1101 __ 0000 ___ 1011011 91 7 Divisão Assim como na multiplicação, a divisão de binários segue a mesma regra da divisão entre números decimais. Na divisão binária não existe uma tabela de regras, pois se utilizam a multiplicação e a subtração para chegar ao resultado. Vejamos o seguinte exemplo que divide o número 1011010 2 por 110 2 : Dividendo Divisor 1011010 110 1011 –110 –110 –110 –110 0 110 1010 1001 1111 90/6 = 15 Nesse exemplo, a divisão foi realizada em quatro etapas: 1. Comparou-se o divisor com o dividendo para decidir se usaríamos 3 ou 4 dígitos do dividendo. No caso, usamos os quatro primeiros dígitos do dividendo (1011 2 ). O quociente recebeu o dígito 1, e subtraiu-se 110 2 de 1011 2 , produzindo 101 2 como resto. 2. Baixou-se o dígito 0 do dividendo, formando o número 1010 2 , porque o resto ainda era menor do que o divisor. O quociente recebeu outro dígito 1, e subtraiu-se 110 2 de 1010 2 , produzindo 100 2 como resto. 11Representações de dados e aritmética de computadores 3. Baixou-se o dígito 1 do dividendo, formando o número 1001 2 , porque o resto ainda era menor do que o divisor. O quociente recebeu outro dígito 1, e subtraiu-se 110 2 de 1001 2 , produzindo 110 como resto. 4. Por fim, o dividendo ficou com valor igual ao divisor, bastando apenas acrescentar o último dígito 1 ao divisor e subtrair 110 2 de 110 2 , produ- zindo 0 como resto. NULL, L.; LOBUR, J. Princípios básicos de arquitetura e organização de computadores. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. Referência Representações de dados e aritmética de computadores12 Conteúdo: Dica do professor O vídeo a seguir traz um resumo dos principais conceitos desta unidade. Utilize este material para auxiliar na resolução dos exercícios! Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/ea4cf29cf5cc5a875c6dd4ade54edc42 Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Binary Tutorial Nesta lição, você aprenderá como escrever números binários, como converter números binários em decimais (base 10) e como adicionar números binários. juntos. Se você ficar preso, sinta-se à vontade para fazer as perguntas abaixo. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. See how computers add numbers in one lesson Dê uma olhada dentro do seu computador para ver como os transistores trabalham juntos em um microprocessador para adicionar números usando portas lógicas. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Engenharia de Software: uma abordagem profissional Para se aprofundar mais em arquiteturas de computadores, leia este livro, que apresenta o conteúdo pertinente ao que foi estudado nesta Unidade de Aprendizagem. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! https://www.youtube.com/embed/0qjEkh3P9RE https://www.youtube.com/embed/VBDoT8o4q00 Estrutura de um computador Apresentação Você sabia que a estrutura física do computador, com seus componentes e variações de velocidade e qualidade, é essencial para obtermos desempenho nos processos? Identificar seus diferenciais e aplicar a combinação correta pode fazer uma grande diferença no funcionamento do sistema operacional. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai conhecer a estrutura de um computador, estudando, assim, os principais periféricos e suas funcionalidades. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Diferenciar os principais módulos e placas do PC.• Reconhecer o processo de montagem dos principais módulos do PC.• Definir placa-mãe, processadores, ponte norte/sul, BIOS.• Infográfico O Chipset é um dos principais componentes lógicos de uma placa-mãe, dividindo-se entre "Ponte norte" (northbridge, controlador de memória, alta velocidade) e "Ponte sul" (southbridge, controlador de periféricos, baixa velocidade). A ponte norte faz a comunicação do processador com as memórias e, em outros casos, com os barramentos de alta velocidade AGP e PCI Express. Já a ponte sul, abriga os controladores de HDs (ATA/IDE e SATA), portas USB, paralela, PS/2, serial, os barramentos PCI e ISA, que já não são usados mais em placas-mãe modernas. Neste infográfico, entenda melhor a funcionalidade da ponte norte e ponte sul da placa-mãe. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/619a270c-5fa9-449c-9aa7-06d1094e90ee/2a4c1da7-a5b6-4533-ae1e-90246a722152.jpg Conteúdo do livro Diferenciar os principais módulos e placas do computador, reconhecendo o processo de montagem dos componentes é fundamental para identificar possíveis falhas e suas correções. Na obra "Sistemas Operacionais", você obterá informações sobre a estrutura do computador. SISTEMAS OPERACIONAIS Cleverson Lopes Ledur Estrutura de um computador Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Diferenciar os principais módulos e placas do PC � Reconhecer o processo de montagem dos principais módulos do PC � Definir placa-mãe, processadores, ponte norte/sul, BIOS Introdução O hardware do computador inclui suas partes físicas, que são compo- nentes como a unidade central de processamento, monitor, teclado, armazenamento de dados, placa gráfica, placa de som, alto-falantes e placa-mãe. Por outro lado, o software é uma instrução que pode ser armazenada e executada pelo hardware. O hardware é assim chamado por ser "rígido" em relação a mudan- ças ou modificações. O software é "soft" porque pode ser facilmente atualizado ou alterado. Entre o software e o hardware existe também o firmware, que é um software fortemente acoplado a um hardware específico de um sistema de computador, difícil de mudar mas também entre os mais estáveis no que diz respeito à consistência da interface. A progressão dos níveis de "dureza" para "suavidade" nos sistemas de computação é paralela a uma progressão de camadas de abstração na computação. Neste capítulo, você vai aprender a diferenciar os principais módulos e placas do PC, reconhecer o processo de montagem dos principais módulos do PC e a definir placa-mãe, processadores, ponte norte/sul e BIOS. Módulos e placas do PC Um PC moderno é, ao mesmo tempo, simples e complexo. É simples no sentido de que, ao longo dos anos, muitos dos componentes usados para construir um sistema foram integrados a outros componentes, reduzindo as partes reais do equipamento. É complexo, porém, no sentido de que cada parte de um sistema moderno executa muito mais funções do que os mesmos tipos de peças em sistemas mais antigos (LOWN, 2018). Esta seção examina brevemente todos os componentes e periféricos em um sistema de PC moderno. A seguir, listamos os componentes e periféricos necessários para montarum sistema básico de PC moderno: � placa-mãe (motherboard); � processador; � memória (RAM); � gabinete; � fonte de energia; � unidade de disquete; � disco rígido; � unidade de CD-ROM, CD-RW ou DVD-ROM; � teclado; � mouse; � cartão de vídeo; � monitor; � placa de som; � caixas de som; � modem. Vamos entender a seguir o que faz cada um destes componentes e a sua importância para as operações do computador. A placa-mãe, também identificada como motherboard, é o núcleo do sistema. É realmente o PC, pois tudo o mais está conectado a ela e ela controla tudo no sistema. Uma placa-mãe é a principal placa de circuito impresso (PCB) encontrada em microcomputadores de uso geral e outros sistemas expansíveis. Ela mantém e permite a comunicação entre muitos dos componentes eletrôni- cos cruciais de um sistema, como a unidade central de processamento (CPU) e a memória, e fornece conectores para outros periféricos. Uma placa-mãe geralmente contém subsistemas significativos, como o processador central, os controladores de entrada/saída e de memória do chipset, os conectores de interface e outros componentes integrados para uso geral e aplicações. Veja um exemplo de placa-mãe na Figura 1. Estrutura de um computador2 Figura 1. Placa-mãe Intel Socket 1156/Intel H55/DDR3/A&GbE/ATX. O processador, também chamado de CPU (unidade central de processa- mento), é considerado o "mecanismo" do computador. Trata-se do circuito eletrônico que executa as instruções de um programa, como as operações básicas de aritmética, lógica, controle e entrada/saída (E/S) especificadas pelas instruções. Os principais componentes de um processador são a unidade lógica aritmética (ULA); que realiza operações aritméticas e lógicas; registradores de processador, que fornecem operações à ULA e armazenam os resultados das operações; e uma unidade de controle que orquestra as buscas na memória e a execução de instruções, orientando as operações coordenadas da ULA, registros e outros componentes. Veja na um exemplo de processador na Figura 2. 3Estrutura de um computador Figura 2. Processador Intel Core i7. A memória do sistema é frequentemente chamada de RAM (memória de acesso aleatório, ou randômico). Essa é a memória principal, que contém todos os programas e dados que o processador está usando em um determi- nado momento. É um tipo de armazenamento que guarda temporariamente os dados e o código da máquina que estão em uso. Um dispositivo de memória RAM permite que os itens de dados sejam lidos ou gravados quase no mesmo período de tempo, independentemente da localização física dos dados dentro da memória. Em contraste com outras mídias de armazenamento de dados de acesso direto, como discos rígidos, CD-RWs, DVD-RWs e as antigas fitas magnéticas, que tem limitações mecânicas, como velocidades de rotação do meio e movimento do braço, a memória RAM demanda tempo reduzido para ler e gravar itens de dados. Veja, na Figura 3, um exemplo de memória RAM. Figura 3. Módulo (também chamado de pente) de memória RAM modelo Kingston KVR1333D3N9/2G. Estrutura de um computador4 O gabinete, às vezes denominado de chassi ou case, é onde se abrigam a placa-mãe, a fonte de alimentação, as unidades de disco, as placas adapta- doras e quaisquer outros componentes físicos no sistema. Os gabinetes são geralmente construídos em aço (aço inoxidável, galvanizado, laminado a frio, bobina) ou alumínio. O plástico é usado às vezes e outros materiais, como vidro, madeira e até mesmo peças de Lego, aparecem em gabinetes. Veja um exemplo de gabinete na Figura 4. Figura 4. Gabinete/chassi. Fonte de energia é a fonte de alimentação, que fornece energia elétrica para cada parte do PC. Uma unidade de fonte de alimentação (ou PSU) converte a rede elétrica CA em energia CC regulada de baixa tensão para os compo- nentes internos de um computador. Computadores pessoais modernos usam universalmente fontes de alimentação de modo comutado. Algumas fontes de alimentação possuem um interruptor manual para selecionar a tensão de entrada, enquanto outras se adaptam automaticamente à tensão da rede. Veja na Figura 5 um exemplo de fonte de alimentação/energia. 5Estrutura de um computador Figura 5. Fonte de alimentação de energia. A unidade de disquete é um dispositivo para receber uma mídia removível simples, barata e de baixa capacidade de armazenamento magnético. Atual- mente, é raro encontrá-la em computadores, mas você poderá se deparar com ela ao trabalhar com computadores legados. Embora as unidades de disquete ainda tenham alguns usos limitados, especialmente com equipamento de computador industrial legado, foram substituídas por métodos de armazena- mento de dados com capacidade muito maior, como pen drives USB, cartões de armazenamento flash, discos rígidos externos portáteis, discos ópticos e armazenamento disponível através de redes de computadores. Veja na Figura 6 um exemplo de uma unidade de disquete. O disco rígido é a memória primária de armazenamento de arquivos do sistema. Uma unidade de disco rígido (HDD) é um dispositivo eletrome- cânico de guarda de dados que usa armazenamento magnético para salvar e recuperar informações digitais usando um ou mais discos de rotação rápida, revestidos com material magnético. Os pratos são emparelhados com cabeças magnéticas, geralmente dispostas em um braço leitor móvel, que lê e grava dados nas superfícies dos discos. Os dados são acessados de maneira aleatória, o que significa que blocos individuais de dados podem ser armazenados ou recuperados em qualquer ordem e não apenas sequen- cialmente. Os HDDs são um tipo de armazenamento não volátil, mantendo os dados armazenados mesmo quando estão desligados. Veja um exemplo de disco rígido na Figura 7. Estrutura de um computador6 Figura 6. Disquete e driver. Fonte: Dicas para computador (2018, documento on-line). Figura 7. Disco rígido. Fonte: Conceitos (2018, documento on-line). 7Estrutura de um computador As unidades de CD-ROM (somente CD/somente leitura) e DVD-ROM (disco digital versátil somente leitura) são unidades ópticas de mídia de ca- pacidade relativamente alta. Durante a década de 1990 e 2000, os CD-ROMs eram popularmente usados para distribuir softwares e dados para uso em computadores e consoles de videogame. Alguns CDs, chamados de CDs apri- morados, armazenam dados de computador e áudio, com os últimos podendo ser reproduzidos em um CD player, enquanto os de dados (como software ou vídeo digital) só podem ser usados em um computador. Também existem drivers que permitem a leitura/escrita de DVDs e mídias blue-ray, utilizadas, em sua maioria para armazenamento e reprodução de vídeos. Veja, na Figura 8, um exemplo de CD-ROM. Figura 8. CD-ROM. Em um PC, o teclado é o dispositivo primário pelo usuário para se co- municar e controlar um sistema. Um teclado de computador é um dispositivo do tipo máquina de escrever que usa um arranjo de teclas para atuar como alavancas mecânicas ou interruptores eletrônicos. Após o declínio dos car- tões perfurados e da fita de papel, a interação por meio de teclados de estilo teleprinter tornou-se o principal método de entrada para computadores. As teclas do teclado (botões) normalmente possuem caracteres gravados ou im- pressos neles e cada pressionamento de uma tecla normalmente corresponde a um único símbolo escrito. No entanto, a produção de alguns símbolos pode exigir pressionar e segurar várias teclas simultaneamente ou em sequência. Enquanto a maioria das teclas do teclado produz letras, números ou sinais (caracteres), outras teclas ou pressionamentos simultâneos de teclas podem produzir ações ou executar comandos do computador. Veja um exemplo de teclado na Figura 9. Estrutura de um computador8 Figura 9. Teclado. Embora muitos tipos de dispositivos apontadores estejam no mercado atu- almente, o primeiro e mais popular dispositivo para essa finalidade é o mouse. É um dispositivo apontador de mão que detectamovimento bidimensional em relação a uma superfície. Esse movimento é normalmente traduzido no movimento de um ponteiro em uma tela, o que permite um controle suave da interface gráfica do usuário. Veja, na Figura 10, um exemplo de mouse. Figura 10. Mouse. 9Estrutura de um computador A placa de vídeo controla as informações que você vê no monitor. Trata- -se de uma placa de expansão que gera uma alimentação de imagens de saída para um monitor. No núcleo de uma placa gráfica/vídeo está a unidade de processamento gráfico (GPU), parte principal, que faz os cálculos reais. Os sistemas de conexão mais comuns entre a placa de vídeo e a tela do computador são: VGA, DVI, HDMI, DisplayPort. Veja um exemplo de placa de vídeo na Figura 11. Figura 11. Placa de vídeo. Na imagem uma GTX 1050 da Nvidia. A placa de som permite que o PC gere sons complexos. Também conhecida como placa de áudio, é uma placa de expansão interna que fornece entrada e saída de sinais de áudio de e para um computador, sob controle de softwares. O termo placa de som também é aplicado a interfaces de áudio externas, usadas para aplicativos de áudio profissionais. A funcionalidade de som também pode ser integrada à placa-mãe, usando componentes semelhantes aos encontrados em placas plug-in. O sistema de som integrado é muitas vezes ainda referido como uma placa de som. Hardware de processamento de som também está Estrutura de um computador10 presente em placas de vídeo modernas com HDMI, para saída de som junto com o vídeo usando esse conector. Anteriormente usava-se uma conexão SPDIF para a placa-mãe ou placa de som. Veja, na Figura 12, um exemplo de uma placa de som não integrada com a placa-mãe. Figura 12. Placa de som. Atualmente, a maioria das placas-mãe já possuem alguns destes itens anexados. Nesses casos, definimos o dispositivo como on board. Além disso, também contamos com dispositivos USB que desempenham as mesmas fun- ções, como drivers de CD/DVD, modens, mouses e teclados. Processo de montagem Agora que você já estudou a maioria dos componentes de um computador, vamos conhecer o passo a passo de sua montagem. Inicialmente, você deve ter todos os componentes disponíveis para a montagem, bem como chaves do tipo philips, pasta térmica e, em alguns casos, pulseira antiestática (LOWN, 2018). Veja o conjunto de equipamentos e componentes necessários na Figura 13. 11Estrutura de um computador Figura 13. Equipamentos para a montagem de um computador. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Vamos ao passo a passo: 1. Aterrar. Use um cabo de pulseira antiestática para evitar descarga ele- trostática (ESD) que pode ser fatal para os eletrônicos do computador. Se você não conseguir um cabo de pulseira antiestático, conecte sua fonte de alimentação aterrada a uma tomada (mas não a ligue) e mantenha sua mão na unidade aterrada sempre que tocar em itens sensíveis a ESD. 2. Abrir o gabinete. Desparafuse o painel lateral (ou deslize-o em direção à parte de trás do gabinete). 3. Instalar a fonte de alimentação. Alguns gabinetes vêm com a fonte de alimentação já instalada, enquanto outros exigem que você compre a fonte de alimentação separadamente e instale-a por conta própria. Certifique-se de que a fonte de alimentação esteja instalada na orien- tação correta e de que nada esteja bloqueando o ventilador da fonte de alimentação. A fonte de alimentação normalmente vai perto do topo do gabinete. Você pode determinar onde a fonte de alimentação deve ficar procurando uma seção ausente na parte de trás do gabinete. Veja exemplo na Figura 14. Estrutura de um computador12 Figura 14. Instalação de uma fonte no gabinete. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 4. Adicionar os componentes à placa-mãe. Geralmente é mais fácil fazer isso antes de instalar a placa-mãe, quando suas possibilidades de co- nectar componentes serão maiores. 5. Conectar o processador à placa-mãe, localizando a porta do proces- sador na superfície da placa-mãe e conectando o cabo ou o conector do processador à porta. Veja um exemplo desta conexão na Figura 15. 6. Anexar sua memória RAM à placa-mãe, encontrando os slots de me- mória RAM e inserindo as placas de RAM de forma adequada (eles só devem caber em um caminho). Veja a ação na Figura 16. 13Estrutura de um computador Figura 15. Processador instalado na placa-mãe. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Figura 16. Instalação da memória RAM na placa-mãe. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Estrutura de um computador14 7. Conectar a fonte de alimentação à seção da fonte de alimentação da placa-mãe. 8. Localizar (mas não conecte) a porta SATA do disco rígido da placa- -mãe. Mais tarde, você vai usar isso para conectar o disco rígido com a placa-mãe. 9. Aplicar a pasta térmica ao processador, se necessário. Coloque apenas um pequeno ponto, do tamanho de um grão de arroz. Adicionar muita pasta térmica cria problemas sérios, como colar o soquete da placa-mãe, o que pode causar curto-circuito nos componentes e diminuir o valor da própria placa-mãe se você planeja vendê-la mais adiante. Alguns processadores vêm com dissipadores de calor e não precisam de pasta térmica, pois o dissipador pode vir com esse produto já aplicado pela fábrica. Portanto, verifique a parte inferior da unidade do dissipador de calor antes de aplicar a pasta no processador. 10. Anexar o dissipador de calor. O procedimento dessa instalação varia de um dissipador para outro. Leia, então, as instruções específicas para o seu processador. A maioria dos coolers padrão se conecta diretamente sobre o processador e o prende na placa-mãe. Dissipadores do mercado de reposição podem ter suportes que precisam ser colocados embaixo da placa-mãe. Pular esta etapa caso o processador tenha um dissipador de calor instalado. 11. Preparar o gabinete. Você pode precisar derrubar as placas metálicas na parte de trás do gabinete para encaixar seus componentes nas po- sições corretas. Se o gabinete tiver unidades de prateleiras separadas para prender o disco rígido, instale as unidades usando os parafusos fornecidos. Você pode precisar instalar e conectar os ventiladores antes de instalar qualquer componente. Se assim for, siga as instruções de instalação do ventilador do seu caso. 12. Proteger a placa-mãe. Quando os espaçadores estiverem instalados, coloque a placa-mãe no estojo e empurre-a contra a placa traseira. Todas as portas traseiras devem encaixar nos orifícios da placa traseira de E/S. Use os parafusos fornecidos para prender a placa-mãe aos espaçadores, usando os orifícios que existem nela para essa finalidade. 15Estrutura de um computador Figura 17. Instalação da placa-mãe no gabinete. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 13. Conectar os conectores do gabinete. Estes tendem a estar localizados juntos na placa-mãe, perto da frente do gabinete. Não é preciso obede- cer a alguma ordem em que estes devem ser conectados. Determine a ordem de forma a tornar o trabalho mais fácil e seguro. Certifique-se de conectar as portas USB; as chaves liga/desliga e de reinicialização; as luzes LED de energia e disco rígido e o cabo de áudio. A documen- tação da sua placa-mãe mostrará aonde ela recebe esses conectores. Normalmente, há apenas uma maneira de colocar esses conectores. Portanto, não tente forçar qualquer coisa a se encaixar. 14. Instalar o disco rígido. Em alguns casos, esse processo pode variar um pouco. 15. Remover todos os painéis frontais do gabinete (se você estiver insta- lando uma unidade óptica, geralmente deverá colocá-la perto do topo do gabinete). 16. Inserir o disco rígido em seu slot. Veja exemplo na Figura 18. 17. Apertar os parafusos necessários para manter a unidade no lugar. 18. Conectar o cabo SATA do disco rígido no slot SATA da placa-mãe. Veja a Figura 19. Estrutura de um computador16 Figura 18. Instalação do HD (disco rígido) no gabinete. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Figura 19. Cabos de conexãoSATA e energia do disco rígido. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 17Estrutura de um computador 19. Ligar a fonte de alimentação a quaisquer componentes necessários. Se você ainda não conectou a fonte de alimentação aos componentes que precisam de energia, verifique se ela está conectada aos seguintes locais: placa-mãe, placas gráficas, discos rígidos. Veja as saídas dos cabos de energia na Figura 20. Figura 20. Saída de cabos de energia da fonte. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 20. Concluir a montagem do seu computador. Uma vez que você colocou e conectou os vários componentes internos, resta garantir que nenhum dos fios irá interferir na circulação. Feita essa verificação, feche o gabinete. 21. Se você comprou um sistema de refrigeração, vai querer instalá-lo antes de prosseguir. Consulte as instruções de instalação do sistema de resfriamento para fazer isso. Em muitos casos haverá um painel que será colocado de volta em seu lugar ou aparafusado na lateral do gabinete. Estrutura de um computador18 Processador e componentes da placa-mãe Uma ponte do tipo norte (northbridge) ou host é um dos dois chips da arquitetura do chipset da lógica principal em uma placa-mãe do PC, sendo a outro a ponte sul (southbridge). Ao contrário da southbridge, a northbridge é conectada diretamente à CPU por meio do barramento frontal (FSB). É responsável por tarefas que exigem o mais alto desempenho. A ponte norte geralmente é emparelhada com uma ponte sul, também conhecida como hub de controlador de E/S. Nos sistemas em que estão incluídos, esses dois chips gerenciam as comunicações entre o processador e outras partes da placa-mãe e constituem o chipset principal da placa-mãe do PC (LOWN, 2018). Em PCs baseados em Intel mais antigos, a northbridge também era de- nominado hub controlador de memória externa (MCH) ou hub de gráficos e controlador de memória (GMCH), se equipado com gráficos integrados. Cada vez mais essas funções foram integradas ao próprio chip da CPU, começando pelos controladores de memória e gráficos. Para os processadores Intel Sandy Bridge e AMD Accelerated Processing Unit, introduzidos em 2011, todas as funções da ponte norte residem na CPU, enquanto as CPUs AMD FX ainda precisam de chips externos northbridge e southbridge. Separar as diferentes funções dos chips CPU, northbridge e southbridge foi necessário devido à dificuldade de integrar todos os componentes em um único chip. Em alguns casos, porém, as funções northbridge e southbridge já foram combinadas, quando a complexidade do design e os processos de fabricação permitiram. Por exemplo, a Nvidia GeForce 320M no 2010 MacBook Air é um chip combinado northbridge/southbridge/GPU. Veja na Figura 21, um organograma com as pontes norte e sul (LOWN, 2018). 19Estrutura de um computador Figura 21. Organograma com as pontes norte e sul. Fonte: Laboratório de Hardware (2015, documento on-line). Com o aumento da velocidade das CPUs ao longo do tempo, acabou sur- gindo um gargalo entre o processador e a placa-mãe, devido a descompassos na transmissão de dados entre a CPU e seu chipset de suporte. Assim, a partir dos processadores da série AMD Athlon 64 (baseados no Opteron), uma nova arquitetura foi usada, onde algumas funções dos chips northbridge e southbridge foram movidas para a CPU. Os modernos processadores Intel Core têm o northbridge integrado no chip da CPU, sendo conhecido como uncore ou system agent. Estrutura de um computador20 A southbridge (ponte sul) é um dos dois chips do chipset de lógica principal em uma placa-mãe de computador pessoal (PC), sendo o outro a northbridge. A southbridge normalmente implementa as capacidades mais lentas da placa-mãe, em uma arquitetura de computador de chipset northbridge/southbridge. Em sis- temas com chipsets Intel, a southbridge é denominada ICH (Intel / O Controller Hub), enquanto a AMD nomeou seu FCH (Fusion Controller Hub) Southbridge desde a introdução de sua Fusion Accelerated Processing Unit (APU) Fusion. A ponte sul geralmente pode ser distinguida da ponte norte por não estar diretamente conectada à CPU. Em vez disso, a ponte norte liga a ponte sul à CPU. Através do uso do circuito de canal integrado do controlador, a ponte norte pode ligar diretamente os sinais das unidades de E/S à CPU para controle e acesso de dados (WILSON, 2018). Também é interessante que você conheça a BIOS. A BIOS (Basic Input / Output System) é um firmware não volátil, usado para executar a inicialização de hardware durante o processo de inicialização, e para fornecer serviços de tempo de execução para sistemas operacionais e programas. O firmware do BIOS vem pré-instalado na placa de sistema de um computador pessoal e é o primeiro software a ser executado quando ligado. O nome é originário do Sistema Básico de Entrada/Saída usado no sistema operacional CP/M em 1975. Originalmente propriedade do IBM PC, o BIOS foi submetido a engenharia reversa por empresas que buscavam criar sistemas compatíveis. A interface desse sistema original serve como um padrão de fato (LOWN, 2018). O BIOS em PCs modernos inicializa e testa os componentes de hardware do sistema e liga um carregador de inicialização a partir de um dispositivo de memória de massa, que inicializa um sistema operacional. Na era do MS- -DOS, o BIOS fornecia uma camada de abstração de hardware para o teclado, exibição e outros dispositivos de entrada/saída (E/S) que padronizavam uma interface para os programas aplicativos e o sistema operacional. Sistemas operacionais mais recentes não usam o BIOS após o carregamento, acessando os componentes de hardware diretamente (WILSON, 2018). Você pode verificar vários tipos de hardware neste site, que possui um levantamento dos tipos de hardware de A a Z. https://goo.gl/b4xSjL 21Estrutura de um computador BOURQUE, B. How to build a computer. 21 nov. 2018. Disponível em: <https://www. digitaltrends.com/computing/how-to-build-a-computer/6/>. Acesso em: 17 dez. 2018. CONCEITOS. Disco Rígido (hard drive): conceito, o que é, Significado. 2018. Disponível em: <https://conceitos.com/disco-rigido/>. Acesso em: 17 dez. 2018. DICAS PARA COMPUTADOR. A história e o futuro do Disco Rígido – HD (Hard Disk). 2018. Disponível em: <http://www.dicasparacomputador.com/historia-futuro-disco-rigido- -hd-hard-disk#ixzz5ZwjvmXEA>. Acesso em: 17 dez. 2018. LABORATÓRIO DE HARDWARE. Chipset Ponte NORTE. 29 set. 2015. Disponível em: <http:// hartechcv.blogspot.com/2015/09/chipset-ponte-norte-ponte-norte-faz.html>. Acesso em: 17 dez. 2018. LOWN, H. Computer Hardware and Software: Computer organization and design. Seattle: Amazon, 2018. WILSON, K. Essential Computer Hardware: The Illustrated Guide to Understanding Com- puter Hardware. Widnes: Elluminet Press, 2018. Leituras recomendadas GERALDI, L. M. A.; GALASSI, C. R.; FORMICE, C. R. Elucidando Os Sistemas Operacionais: um estudo sobre seus conceitos. Joinville: Clube dos autores, 2013. SILBERSCHATZ, A.; GAGNE, G.; GALVIN, P. B. Sistemas Operacionais com Java. 8. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2016. TANENBAUM, A. S.; BOS, H. Sistemas operacionais modernos. 4. ed. São Paulo: Pearson, 2015. Estrutura de um computador22 Conteúdo: Dica do professor Em uma situação em que você pode necessitar trocar o processador do seu computador para ter mais desempenho, como saber qual o soquete que a sua placa tem para saber qual processador comprar? No vídeo, você vai conhecer os softwares que são criados para esta facilidade: dar informações específicas do hardware. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/6dffe00af4ea365bd5f8e538308b3b9a Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Memória RAM - Escola de Hardware - Episódio 3 Você sabia que existem dois principais tipos de memóriasno computador? É a memória de armazenamento e a memória rápida, que é a memória RAM. Saiba mais sobre a memória RAM, a seguir. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Soquete do processador (encaixe) / placa-mãe / qual processador instalar? Antes de fazer um upgrade no processador do computador é ideal conhecer o soquete do processador e saber quais as diferenças de plataforma. Veja no próximo link. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre Chipsets O Chipset representa um conjunto de chips e é fundamental para o funcionamento do computador. Amplie seus conhecimentos clicando no link a seguir. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.youtube.com/embed/TtpOVyhIiP8 https://www.youtube.com/embed/5810vJBPDLE https://www.clubedohardware.com.br/artigos/placas-mae/tudo-o-que-voc%C3%AA-precisa-saber-sobre-chipsets-r34158/ Os principais componentes de um computador Apresentação Esta Unidade de Aprendizagem tratará dos principais componentes de um computador, ou seja, conheceremos a arquitetura dos computadores, descrevendo os principais blocos que constituem as máquinas modernas. Os computadores necessitam de componentes básicos para o funcionamento: a unidade pensante que faz todo o processamento (conhecida como processador), uma unidade na qual os dados são armazenados (a memória do computador) e os dispositivos que fazem a comunicação entre os seres humanos e o computador, que são os periféricos de entrada e/ou saída de dados. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Explicar o funcionamento de um computador.• Identificar os níveis hierárquicos de um sistema computacional.• Reconhecer os principais componentes de um computador por meio do modelo de Von Neumann. • Infográfico Veja no infográfico um esquema do modelo de Von Neumann, mostrando os principais componentes de um computador. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://grupoa-edtech.grupoa.education/object/FczehWjlSYm0g8qi-KYNpA Conteúdo do livro Os computadores são dispositivos com capacidade de processar informações. Para isso, utilizam uma arquitetura básica. Acompanhe o capitulo Arquiteturas de Computadores, base teórica para esta Unidade de Aprendizagem. Boa leitura. ARQUITETURAS DE COMPUTADORES Sandra Rovena Frigeri Os principais componentes de um computador Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Explicar o funcionamento de um computador. Identificar os níveis hierárquicos de um sistema computacional. Reconhecer os principais componentes de um computador por meio do modelo de Von Neumann. Introdução Um sistema é um conjunto de elementos interconectados que formam um todo organizado, que possui um objetivo e determinadas funções que deve realizar. O sistema computacional é formado por um conjunto de componentes, que são interconectados/inter-relacionados e cumprem a função de realizar o processamento de dados por meio de um compu- tador. Deve-se ter em mente que um sistema computacional é formado pelo computador (hardware), pelos sistemas e programas (software) e pelos usuários (peopleware), todos trabalhando de forma integrada. Os componentes do computador incluem dispositivos de entrada e saída de dados (teclado, tela, etc.), meios de armazenamento de infor- mações voláteis ou não (memórias, discos rígidos, etc.) e estruturas res- ponsáveis pelo processamento de dados. Assim, um computador é uma máquina que recebe dados a partir de dispositivos de entrada, armazena- -os e os transforma por meio da execução de programas, gerando novas informações/novos resultados, que são enviados a dispositivos de saída ou transmitidos/armazenados. Dessa forma, os principais componentes de um computador são: processador, memória e dispositivos de entrada/ saída. Todo o trabalho realizado pelo computador é controlado pelo pro- cessador, que é o responsável pela execução de instruções — comandos —, que realizam ações no computador. Os profissionais da área de computação não devem considerar o computador como apenas uma caixa fechada, ignorando sua estru- tura interna. É preciso conhecer seus componentes, suas características, seu desempenho e suas interações. Esse conhecimento é importante para entender como fazer o melhor uso dos recursos computacionais, compreender suas limitações, além de poder selecionar o melhor tipo de hardware para determinadas aplicações/necessidades. Neste capítulo, você vai estudar o funcionamento dos computado- res, identificando as estruturas que os compõem e conhecendo suas características e inter-relações. Você vai verificar que os computadores possuem uma estrutura hierárquica, o que permitirá a compreensão da sua organização. Além disso, você vai analisar o modelo de Von Neumann, de grande importância para a identificação dos principais elementos de um computador. Funcionamento do computador O computador contém milhões de componentes eletrônicos e é considerado um sistema complexo. Para que se possa descrever seus componentes, é necessário conhecer sua natureza hierárquica. A partir dela, torna-se possível considerar os componentes do computador desde um nível mais externo, que é onde estão as partes mais visíveis — dispositivos de entrada/saída de dados, meios de armazenamento de dados, meios de comunicação de dados e elementos de processamento — até elementos que podem ser invisíveis a olho nu, como os componentes do processador. Dessa forma, pode-se considerar níveis parti- culares da hierarquia de um sistema, identifi car seus elementos e suas inter- -relações, além de conhecer suas funções individuais e como estas contribuem para as funções do componente superior na hierarquia. Normalmente, quando se trabalha em determinado nível, não é necessário conhecer a estrutura do nível mais baixo — é preciso conhecer apenas as funcionalidades e a estrutura do nível específi co. O nível mais próximo do usuário é considerado o alto nível, e aquele que representa os componentes eletrônicos é o baixo nível. Então, os níveis de um sistema computacional podem ser: Nível do usuário: formado pelas partes visíveis do computador e pro- gramas utilizados diretamente pelo usuário. Os principais componentes de um computador2 Nível da linguagem de alto nível: é onde trabalham a maioria dos programadores que utilizam linguagens de alto nível para o desenvol- vimento de aplicações. Nível da linguagem de montagem (linguagem de máquina): é onde o processador interpreta e executa as instruções, que estão em linguagem de montagem ou Assembler. Nível de controle: é de onde a unidade de controle (componente do processador) envia sinais de controle para realizar transferências de dados entre registradores, memória e outros componentes, além de selecionar operações na unidade lógica e aritmética (ULA). Nível de unidades funcionais: é onde estão os registradores, a ULA, a memória e os barramentos. Nível das portas lógicas: é onde fica a estrutura lógica dos componentes do computador, que são projetados usando portas lógicas. Nível de transistores e fios: é o nível mais baixo do computador, onde estão componentes eletrônicos e fios usados para implementar as portas lógicas. Atualmente, os computadores estão cada vez mais potentes e menores, e seus usos são ilimitados. Os dados manipulados pelos computadores podem ter diversas formas e representações, e o espectro de possibilidades de usos e transformações desses dados é amplo. Eles são os elementos fundamentais de trabalho e determinam as funções básicas do computador: processamento de dados, armazenamento de dados, movimentação de dados e controle. O processamento dedados deve permitir transformações de diferentes tipos de dados, gerando novos dados, realizando cálculos, ajustes, etc. Esse é o núcleo do trabalho do computador. Já o armazenamento de dados é uma função essencial, pois o computador precisa manter os dados que está utilizando no processamento, mesmo que de forma temporária, mas tam- bém precisa guardar dados de forma estável, para que possam ser utilizados posteriormente. Junto com essas funções, a movimentação de dados é uma necessidade para que o computador possa trabalhar, pois representa os cami- nhos e as funções utilizadas para receber dados de entrada, transmitir dados de saída, armazenar dados e recuperar dados armazenados. Finalmente, para garantir a execução correta dessas três funções, é exercido o controle, que coordena o trabalho de seus elementos funcionais. O esquema dessas funções pode ser visto na Figura 1. 3Os principais componentes de um computador Figura 1. Funções básicas do computador. Controle Movimentação Armazenamento Processamento Essas quatro funções básicas são percebidas tanto nos componentes mais externos do computador como nos internos, que você vai verificar na sequência. Internamente o computador possui os seguintes componentes: Unidade central de processamento (CPU — central processing unit): responsável pelo controle do computador e por realizar o processamento de dados; é comumente denominada apenas de processador. Memória principal: tem a função de armazenar dados. Entrada/Saída (E/S): controladores responsáveis pela movimentação de dados entre o computador e o meio externo. Interconexão: mecanismo de comunicação entre CPU, memória e E/S, normalmente um barramento, que consiste em uma série de fios condutores. A estrutura dos componentes básicos do computador é apresentada na Figura 2. Figura 2. Componentes internos do computador. Barramentos MemóriaE/S CPU Os principais componentes de um computador4 Nos primeiros computadores, havia apenas um componente interno de cada tipo, mas, nos últimos anos, temos computadores com diversos processadores, além da replicação de outros componentes, ampliando cada vez mais suas capacidades. A parte mais interessante do computador, com certeza, é a CPU, pois ela é o núcleo do processamento, e muitos investimentos têm sido realizados para ampliar sua capacidade e suas funcionalidades. Os principais componentes da CPU são: Unidade de controle (UC): é responsável pelo controle da operação da CPU e, logo, pelo controle do computador. Unidade lógica e aritmética (ULA, ou ALU, do inglês arithmetic and logic unit): é responsável por realizar operações lógicas e aritméticas, que são necessárias para o processamento de dados no computador. Registradores: são responsáveis pelo armazenamento de dados utili- zados pela CPU. Interconexões da CPU: são estruturas de comunicação entre unidade de controle, ALU e registradores, que formam os barramentos. Veja esses componentes da CPU na Figura 3. Figura 3. Componentes da CPU. Interconexão da CPU Unidade de Controle Registradores ULA A UC é o componente central da CPU e pode ser implementada utilizando-se diversas técnicas. Uma delas é denominada unidade de controle microprogra- mada, que utiliza microinstruções. A UC possui uma memória de controle, que é formada por um conjunto de registradores que ela utiliza para guardar instruções, endereços de dados, etc. Ela também possui decodificadores, que são componentes projetados com circuitos lógicos que recebem o código de uma instrução e o decodificam, ou seja, verificam o que deve ser feito e, então, enviam sinais de controle para sua execução, que é controlada pela lógica de sequenciação. Veja a estrutura básica da UC na Figura 4. 5Os principais componentes de um computador Figura 4. Componentes da UC. Unidade de Controle DecodificadoresLógica de Sequenciação Memória de Controle Pode-se compreender a estrutura hierárquica da organização dos compu- tadores a partir de suas funções básicas (Figura 1), dos componentes básicos do computador (Figura 2), dos componentes da CPU (Figura 3) e dos com- ponentes da UC (Figura 4). Já na Figura 5 você pode observar os principais componentes do computador envolvidos no processamento. No módulo de E/S passam os dados que vêm/vão dos/para os dispositivos de entrada/saída de dados. Essas informações são armazenadas na memória do computador, que também armazena os programas. Estes são conjuntos de instruções que serão executadas pela CPU, que contém um conjunto de registradores (PC, IR, etc.) e a ULA, tudo isso interligado pelos barramentos. Figura 5. Visão dos componentes do computador. Fonte: Adaptada de Stallings (2010). CPU PC IR Unidade de execução MAR Barramento do sistema Memória principal Instrução 0 1 2 Instrução Instrução Dados Dados Dados Dados PC Contador de programa= IR Registrador de instrução= MAR Registrador de endereço de memória= MBR Registrador de buffer de memória= I/O AR Registrador de endereço de entrada/saída= I/O BR Registrador de buffer de entrada/saída= Buffers Módulo de E/S n – 2 n – 1 MBR I/O AR I/O BR Os principais componentes de um computador6 Processador O processamento principal do computador é realizado pela execução de um programa, que é formado por um conjunto de instruções que são armazena- das na memória do computador. O processador é responsável por executar essas instruções, realizando o ciclo da instrução. Esquematicamente, esse processamento consiste em dois ciclos: busca e execução. Esses ciclos são repetidos sequencialmente até o computador ser desligado. Assim, no ciclo de busca, o processador lê instruções da memória, uma de cada vez. Já no ciclo de execução, o processador decodifi ca e realiza os procedimentos para sua execução, o que pode envolver a busca de dados na memória, a execução de operações na ULA, entre outras operações. O processador busca uma instrução da memória no início de cada ciclo de instrução. Normalmente, o contador de programa (PC — program counter), que é um registrador, possui o endereço da próxima instrução a ser executada. Assim, o PC é incrementado a cada instrução, salvo quando há alguma instru- ção de desvio. Após a leitura da instrução, ela é carregada no IR (registrador de instrução — instruction register, em inglês). A instrução contém uma operação codificada em binário, que indica a ação a ser realizada, que pode ser de uma dessas categorias: Processador-memória: quando os dados são transferidos do proces- sador para a memória ou vice-versa. Processador-E/S: quando os dados são transferidos entre um dispositivo periférico de E/S ou módulo de E/S e o processador, ou vice-versa. Processamento de dados: quando o processador realiza alguma ope- ração aritmética ou lógica com os dados. Controle: quando uma instrução determina que a sequência de execução seja alterada, para a execução de um desvio, que altera o PC. A maioria dos dispositivos externos ao processador são muito mais len- tos do que ele; dessa forma, normalmente o processador solicita dados para esses dispositivos e espera seu retorno por meio de interrupções. De forma geral, todos os computadores possuem um mecanismo que permite que os dispositivos de E/S e memória possam interromper o processamento normal do processador. As classes de interrupções são: Programa: gerada por alguma situação que deriva do resultado da execução de alguma instrução, como o overflow aritmético, a divisão 7Os principais componentes de um computador por zero, a tentativa de executar uma instrução de máquina ilegal ou a referência fora do espaço de memória permitido para o usuário. Timer: gerada com base no clock (relógio) do processador; permite que ele realize determinadas funções periodicamente. E/S: gerada por um controlador de E/S para sinalizar o término normal de uma operação ou para sinalizar uma série de condições de erro. Falha de