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Porto Alegre “A arquitetura de computadores é a forma como os diversos componentes de um computador são organizados, determina aspectos relacionados à qualidade, ao desempenho e à aplicação para a qual o dispositivo vai ser orientado.” BEM-VINDO À ETCR Seja muito bem-vindo ao nosso material didático! Parabéns pela iniciativa de ter iniciado um novo ciclo na sua vida acadêmica. Gostaria que soubesse que nós da ETCR estaremos sempre dispostos a ajudar em sua nova jornada. Esperamos que você aproveite ao máximo o nosso material didático e que ele possa contribuir para o seu sucesso no curso. Caso tenha alguma dúvida ou precise de ajuda, por favor, não hesite em entrar em contato conosco, pelos canais: https://linktr.ee/etcr. Acesse abaixo o catálogo on-line da Escola. Atenciosamente, Coordenação. https://linktr.ee/etcr Diretor: Carlos Milioli Diretora Pedagógica: Sheila Guarilha Coordenadora do Curso: Daiane Medeiros Diagramação: Andréa Fontoura da Silva Revisão de Língua Portuguesa: Andréa Fontoura da Silva Projeto Gráfico e Capa: Andréa Fontoura da Silva Normalização: Andréa Fontoura da Silva (CRB 10/1416) FICHA CATALOGRÁFICA SUMÁRIO História e Evolução dos Computadores............................................................................................7 Voltando ao passado............................................................................................................... 8 O computador mais antigo: Mecanismo de Antikhytera......................................................................8 Máquina Pascalina..................................................................................................................9 Aperfeiçoamento da Máquina Pascalina:......................................................................................10 Tear Automático.................................................................................................................. 10 Máquina Analítica.................................................................................................................11 Herman Hollerith................................................................................................................. 11 Ada Lovelace...................................................................................................................... 11 GERAÇÕES DOS COMPUTADORES................................................................................................12 1a Geração (1940 – 1952)........................................................................................................12 2a Geração (1952 – 1964)........................................................................................................13 3a Geração (1964 – 1971)........................................................................................................14 4a Geração (1971 – 1980)........................................................................................................15 5a Geração (1980 – 1999)........................................................................................................16 6a Geração (2000 – atualmente)............................................................................................... 16 Fundamentos de Hardware.........................................................................................................17 O que é Hardware................................................................................................................ 18 Caracterizando o Computador..................................................................................................18 Componentes básicos de um computador.................................................................................... 19 Eletricidade e informática..........................................................................................................27 Eletricidade........................................................................................................................28 Eletricidade Dinâmica............................................................................................................28 Eletricidade Estática............................................................................................................. 29 Potencial Elétrico.................................................................................................................29 Corrente Elétrica................................................................................................................. 30 Tensões Domésticas: 127 e 220 V.............................................................................................. 31 A Tomada do Computador....................................................................................................... 32 Aterramento.......................................................................................................................33 Unidades de Medida em Tecnologia da Informação......................................................................... 34 EPI – EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL............................................................................. 36 Pulseira Antiestática............................................................................................................. 37 Calçado e calcanheira antiestática............................................................................................ 37 Manta Antiestática............................................................................................................... 38 Luvas e Jaleco Antiestático..................................................................................................... 38 Equipamentos para a manutenção de PCs.................................................................................... 39 FUNDAMENTOS DE ARQUITETURA DE.............................................................................................41 COMPUTADORES...................................................................................................................... 41 Fundamentos...................................................................................................................... 42 Arquitetura aberta x Arquitetura Fechada................................................................................... 43 Arquitetura Aberta............................................................................................................... 44 Arquitetura Fechada............................................................................................................. 47 Análise técnica sobre os principais componentes de um computador:...................................................49 Barramentos...........................................................................................................................50 Barramentos e Suas Funções....................................................................................................51 Barramento de Dados............................................................................................................ 51 Barramento de Endereços:...................................................................................................... 52 Barramento de Controle:........................................................................................................ 52 Barramento Local:................................................................................................................53 Barramento do Sistema:......................................................................................................... 53 Barramento de Expansão:....................................................................................................... 53 Unidade de Controle e Unidade Lógica Aritmética............................................................................57 Unidade Lógica Aritmética......................................................................................................58 Unidade de Controle............................................................................................................. 59 Controladores de Entrada e Saída..............................................................................................60 Registradores, Memória Principal, Secundária e Cachê...................................................................... 62 Registradores, Memória Principal, Secundária e Cachê.....................................................................63 Registradores...................................................................................................................... 64 Memória Cachê....................................................................................................................65 Memória Principal................................................................................................................ 65 Memória Secundária..............................................................................................................66 Encapsulamento...................................................................................................................... 67 Encapsulamento.................................................................................................................. 68 Tipos de Encapsulamento....................................................................................................... 68 Montagem de Computadores...................................................................................................................................... 71 Identificação e Localização dos Componentes da Placa Mãe.................................................................72 Precauções para instalação da PLaca Mãe............................................................................................ 76 Instalação da CPU...................................................................................................................................77 Exemplo de instalação da memória.........................................................................................................80 Exemplo de Encaixe em gabinete........................................................................................................... 82 CAPÍTULO 1 HISTÓRIA E EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES CAPÍTULO 1 HISTÓRIA E EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES VOLTANDO AO PASSADO A iniciativa de buscar desenvolver vários artefatos ou artifícios para quantificar objetos e coisas (o Cálculo) em dispositivos físicos e máquinas faz parte da história do processamento de dados, desde a invenção do ábaco, há mais de 5.000 anos atrás. Ábaco: um instrumento para auxiliar nos cálculos. Conhecido em chinês como Suan-pan e em japonês como Soroban, ainda é muito utilizado nos países asiáticos e em alguns centros de ensino pelo mundo. O COMPUTADOR MAIS ANTIGO: MECANISMO DE ANTIKHYTERA O mecanismo de Antikythera, que tem cerca de 2 mil anos e foi encontrado em 1901 quando um grupo de mergulhadores chegou a um antigo navio romano naufragado na costa da Grécia e é considerado o computador mais antigo do mundo, teve seu interior revelado com o uso de um equipamento de raio X. O objeto tem aproximadamente o tamanho de um laptop moderno e contém várias rodas de transmissão e engrenagens. Acredita-se que ele tenha sido usado para prever eclipses solares e, de acordo com descobertas recentes, o mecanismo também servia para calcular as datas das Olimpíadas na Grécia Antiga. A equipe internacional de cientistas conseguiu juntar em um computador mais de 3 mil projeções de raios X, montando uma imagem tridimensional. Com estas imagens, os cientistas conseguiram compreender o mecanismo e suas engrenagens. MÁQUINA PASCALINA Blaise Pascal, matemático francês, inventou a primeira máquina de somar em 1642; construída com rodas dentadas, seu intuito era simplificar o ofício do pai, que era contador. APERFEIÇOAMENTO DA MÁQUINA PASCALINA: Gottfried Wilhelm Von Leibnitz, matemático alemão, aperfeiçoou a máquina Pascalina em torno de 1670, introduzindo um mecanismo capaz de multiplicar e dividir. TEAR AUTOMÁTICO Joseph Marie Jacquard, técnico de tecelagem francês, criou o tear automático controlado por cartões perfurados, em 1801. MÁQUINA ANALÍTICA Charles P. Babbage, matemático inglês, projetou a Máquina das Diferenças em 1822, e a Máquina Analítica, em 1833. É considerado o precursor do computador eletrônico digital, pois sua máquina analítica possuía três estágios fundamentais (como os computadores atuais): (a) entrada (com cartões perfurados), (b) processamento utilizando memória (de engrenagens), abrigando o programa em execução e (c) saída. HERMAN HOLLERITH Engenheiro americano, inventou um conjunto de máquinas de processamento de dados que operava com cartões perfurados (baseado no tear de Jacquard) para processar o Censo Americano de 1890. ADA LOVELACE A condessa de Lovelace, filha de Lord Byron, junto com seu companheiro Charles Babbage, iniciou o ambicioso projeto de construção da Máquina Analítica. Ada é uma das poucas mulheres a figurar na história do processamento de dados. Matemática talentosa, compreendeu o funcionamento da Máquina Analítica e escreveu os melhores relatos sobre o processo. Criou programas para a máquina, tornando-se a primeira programadora de computador do mundo. Em 1953, mais de cem anos depois de sua morte, as notas de Ada sobre a máquina analítica de Babbage foram republicadas. A máquina foi reconhecida como um primeiro modelo de computador e as notas de Ada como a descrição de um computador e um software. As notas de Ada foram classificadas alfabeticamente de A a G. Na nota G ela descreve o algoritmo para a máquina analítica computar a Sequência de Bernoulli. É considerado o primeiro algoritmo especificamente criado para ser implementado num computador, e Ada é recorrentemente citada como a primeira pessoa programadora por esta razão. A Sequência de Bernoulli serve, atualmente, para fazer a verificação matemática de possibilidades, tentativas bem sucedidas ou fracassadas em uma aplicação. Exemplo: dispositivos de validação biométrica. GERAÇÕES DOS COMPUTADORES 1A GERAÇÃO (1940 – 1952) ● Os primeiros computadores eram constituídos de válvulas à vácuo. ● Elas eram grandes, caras, lentas e queimavam com grande facilidade. ● O computador tinha apenas uso científico e militar e estava instalado nos grandes centros de pesquisa. ● Estas válvulas eram ligadas por quilômetros de fios ligados manualmente. Isto explica as enormes dimensões físicas dos computadores. ● A programação era feita diretamente em linguagem de máquina que além de difícil era demorado. ● As operações de cálculos eram realizadas em milissegundos, realizando 39.000 adições/segundos. ● A única forma de armazenar dados era através de cartões perfurados. 2A GERAÇÃO (1952 – 1964) • Esta Geração foi originada pela revolução dos transistores os quais substituíram as volumosas válvulas. • Houve uma enorme diminuição em cabos e fios, tendo em vista que cada transistor substituía dezenas de válvulas. Desta maneira os computadores tornaram-se consideravelmente menores e devido a isso, muito mais velozes. • O computador começa a ser utilizado nas grandes empresas. • Tanto a válvula quanto o transistor realizavam um processamento de cada vez. • Com o desenvolvimento das técnicas de integração, surgiram os Circuitos Integrados, onde numa pequena cápsula continha, várias dezenas, centenas ou milhares de transistores, ocupando uma área menor que uma unha, dando o nome de microprocessador (processador miniatura). • A linguagem de programação foi simplificada e já se podia programar através de mnemônicos (comandos abreviados). Esta linguagem denomina-se ASSEMBLER. • As operações de cálculos eram realizadas em milionésimos de segundos, realizando 204.000 adições/segundos. • Além do surgimento dos núcleos de ferrite, fitase tambores magnéticos passam a ser usados como memória. 3A GERAÇÃO (1964 – 1971) • Utilização dos Circuitos Integrados feitos de silício - SLT (Solid Logic Technology) uma técnica de micro circuitos. Nesta geração os computadores podiam realizar vários processamentos simultâneos. • Também conhecidos como microchips, os CIs eram construídos integrando um grande número de transistores, o que possibilitou a construção de equipamentos menores e mais baratos. • A programação dos computadores desta geração foi facilitada pelo aparecimento de linguagens orientadas para o problema específico. • As linguagens são de natureza universal e assemelham-se cada vez mais a linguagem do homem. • As operações de cálculos eram realizadas em bilionésimos de segundos, realizando 1.280.000 adições/segundos. Didaticamente os circuitos integrados são categorizados de acordo com a quantidade de integração que eles possuem: ● LSI (Large Scale Integration - 100 transistores): computadores da terceira geração ● VLSI (Very Large Scale Integration - 1.000 transistores): computadores da quarta geração ● ULSI (Ultra-Large Scale Integration - milhões de transistores): computadores da quinta geração 4A GERAÇÃO (1971 – 1980) • Tem como marco inicial o surgimento do microprocessador, a redução no tamanho dos computadores foi muito grande. • Surgem muitas linguagens de alto nível e nasce à teleinformática, transmissão de dados entre computadores através de rede. • Sistemas operacionais como MS-DOS, UNIX, Apple’s Macintosh foram construídos; • Linguagens de programação orientadas a objeto como C++ e Smalltalk foram desenvolvidas. • Discos rígidos eram utilizados como memória secundária. • Impressoras matriciais foram criadas nesta época. 5A GERAÇÃO (1980 – 1999) • Supercomputadores; • Automação de escritórios; • Automação comercial e industrial; • CAD/CAM e CAE; • Robótica; • Imagem virtual; • Multimídia; • Era on-line (comunicação através da Internet). 6A GERAÇÃO (2000 – ATUALMENTE) • Alta velocidade e processamento paralelo combinado com processamento vetorial; • Crescimento e evolução das redes de computadores; • Utilização de supercondutores como matéria-prima para os processadores. Utilizando da supercondutividade esses processadores não perderiam eletricidade para o calor devido a resistência, ganhando performance e economizando energia. CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE HARDWARE CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE HARDWARE O QUE É HARDWARE Quando falamos em hardware, estamos falando dos componentes físicos e tangíveis de um sistema computacional, incluindo todas as partes que podem ser tocadas e manipuladas. Engloba elementos como processadores, memória RAM, placas-mãe, unidades de armazenamento, placas de vídeo, periféricos como teclados e mouses, entre outros. Esses componentes formam a infraestrutura necessária para a execução de operações e a manipulação de dados, interagindo de maneira sinérgica com o software, que engloba programas e aplicativos. O constante desenvolvimento de novas tecnologias de hardware impulsiona avanços na capacidade e desempenho dos dispositivos, sendo essencial para o funcionamento eficiente dos sistemas computacionais em todos os setores. CARACTERIZANDO O COMPUTADOR Um computador é uma máquina versátil, capaz de executar diversas tarefas, dependendo da programação do desenvolvedor ou da orientação do usuário. Ao contrário de dispositivos eletrônicos estáticos, como televisões, os computadores destacam-se pela flexibilidade. É possível modificar suas funções introduzindo novos programas, proporcionando uma adaptabilidade única às necessidades do usuário. Os computadores não realizam ações de forma autônoma, eles executam tarefas de acordo com instruções previamente programadas e dependendo de orientações específicas para desempenhar suas funções. Sua utilidade e eficácia estão ligadas à programação e à interação com o usuário, tornando-os ferramentas personalizáveis para diversas finalidades. COMPONENTES BÁSICOS DE UM COMPUTADOR A modularidade é uma das grandes estratégias dos computadores desktops, contribuindo para seu enorme sucesso no mercado. Construídos com diferentes componentes individuais, os computadores permitem milhares de configurações. Existem componentes internos (Placa Mãe, Processador, HD, etc.) e externos (gabinete, periféricos, etc.). Alguns componentes são comuns na maioria dos PCs: Processador (CPU): O processador, também conhecido como Unidade Central de Processamento (CPU), desempenha um papel central no funcionamento de um computador. Ele é essencialmente o "cérebro" da máquina, responsável por controlar e executar todas as operações do sistema. Sua capacidade de processamento é medida em Hertz (Hz), indicando a quantidade de ciclos de processamento que pode executar por segundo. Além disso, o desempenho de um processador é influenciado por fatores como o número de núcleos e threads, a arquitetura, a velocidade do clock e a eficiência energética. A constante evolução tecnológica resultou em processadores mais rápidos, eficientes e capazes de lidar com tarefas complexas, desde a execução de aplicativos cotidianos até o processamento de dados em ambientes mais exigentes, como design gráfico avançado, modelagem 3D e jogos intensivos. A escolha do processador adequado é crucial para otimizar o desempenho do sistema, atendendo às necessidades específicas do usuário e acompanhando as demandas cada vez mais sofisticadas do mundo digital. Placa Mãe: A Placa Mãe, muitas vezes chamada de "coração" do computador, desempenha um papel fundamental na integração e funcionamento harmonioso de todos os componentes do sistema. Sua responsabilidade vai além de ser apenas uma plataforma física, sendo verdadeiramente o centro nervoso que acolhe e controla todos os outros elementos. Funções Principais da Placa Mãe: Conectividade e Interligação: A principal função da placa mãe é fornecer os meios para conectar todos os componentes essenciais do computador. Isso inclui o processador, a memória RAM, os dispositivos de armazenamento, as placas de expansão e outros periféricos. Cada um desses elementos é conectado a pontos específicos na placa mãe, criando uma rede eficiente para a troca de dados. Energia e Distribuição de Recursos: Além de fornecer conexões físicas, a placa mãe também distribui energia elétrica para os diferentes componentes. A gestão eficiente da energia é crucial para o desempenho geral do sistema, e a placa mãe desempenha um papel vital nesse aspecto, garantindo que cada parte do computador receba a quantidade adequada de energia. Comunicação entre Componentes: A placa mãe utiliza um conjunto de trilhas e circuitos para permitir a comunicação entre os diversos componentes do computador. Isso é essencial para garantir que o processador possa acessar a memória RAM, que os dispositivos de armazenamento possam transferir dados, e que as placas de expansão possam se integrar perfeitamente ao sistema. Componentes Integrados: Além dessas funções principais, muitas placas mãe modernas vêm equipadas com componentes integrados, como placas de áudio, adaptadores de rede, e, em alguns casos, até mesmo placas de vídeo. Esses elementos adicionais fornecem funcionalidades essenciais sem a necessidade de placas de expansão separadas. Formatos e Padrões: As placas mãe vêm em diferentes formatos e padrões, como ATX, Micro-ATX e Mini-ITX, determinando fatores como o tamanho físico e a quantidade de slots de expansão disponíveis. A escolha do formato geralmente depende das necessidades específicas do usuário e das características do gabinete em que será instalada. Em resumo, a placa mãe é o elemento central que possibilita a comunicação e cooperação entre todos os componentes do computador. Sua escolha e configuração adequadas desempenham um papel crucial na eficiência e desempenho do sistema como um todo. Memória RAM: Memória de curta duração, armazenaprogramas em uso, esvaziando ao fechar os programas. Quanto mais RAM, mais rápido o computador. Existem vários tipos de Memória RAM (Random Access Memory), cada um com características distintas para atender às diversas demandas computacionais. A DRAM (Dynamic RAM) é amplamente utilizada devido à sua boa densidade de armazenamento, enquanto a SRAM (Static RAM) destaca-se por sua velocidade superior, sendo comumente empregada em caches de processadores. A evolução das tecnologias resultou em gerações de DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous RAM), como DDR, DDR2, DDR3, DDR4 e DDR5, cada uma oferecendo melhorias progressivas na largura de banda e eficiência. Para dispositivos móveis, a LPDDR (Low Power DDR) combina desempenho sólido com eficiência energética. Em ambientes gráficos intensivos, como jogos, a GDDR (Graphics DDR) proporciona uma largura de banda superior. Além disso, a ECC RAM (Error-Correcting Code RAM) é muito importante em aplicações críticas, corrigindo erros para garantir a confiabilidade em sistemas como servidores. A escolha entre esses tipos de RAM depende das necessidades específicas do usuário, considerando fatores como desempenho, eficiência energética e orçamento. HD (Disco Rígido): Grava todos os arquivos usados para iniciar o sistema e programas. Armazena documentos, fotos, músicas e outros dados mesmo quando o computador é desligado. Os tipos de HD (Hard Drive ou Disco Rígido) oferecem opções distintas para armazenamento de dados, atendendo a diversas necessidades do usuário. Os HDDs (Hard Disk Drives) tradicionais utilizam discos magnéticos rotativos para armazenar informações, sendo uma escolha comum para armazenamento em grande escala devido à sua capacidade e custo. Os SSHDs (Solid State Hybrid Drives) combinam armazenamento magnético com um pequeno SSD (Solid State Drive) para melhorar o desempenho. Já os SSDs (Solid State Drives) utilizam memória flash, oferecendo tempos de acesso mais rápidos e maior durabilidade em comparação com os HDDs. A categoria avançada inclui SSDs NVMe (Non-Volatile Memory Express), que utilizam uma interface mais rápida para comunicação com a placa-mãe, proporcionando velocidades de leitura e gravação ainda mais elevadas. Essa variedade de HDs permite aos usuários escolher a opção mais adequada às suas demandas específicas, equilibrando capacidade, desempenho e eficiência. Gabinete: Local onde (quase) todos os componentes são fixados, como placa mãe, CPU, memória RAM, HDs, etc. Bateria: A bateria (pilha de relógio) alimenta a BIOS ou UEFI em sistemas modernos, armazenando informações essenciais do computador. Substituir a bateria restabelece configurações como data e hora. Bios ou UEFI: São responsáveis por inicializar o hardware antes do carregamento do sistema operacional. A BIOS, mais tradicional, fornece uma camada básica de interface entre o sistema operacional e o hardware, controlando funções essenciais como o boot do sistema e a configuração inicial. Por outro lado, a UEFI é uma evolução mais moderna, oferecendo recursos avançados, suporte a discos rígidos maiores e interfaces gráficas. Ambas desempenham o papel vital de preparar o sistema para a carga do sistema operacional, sendo a UEFI uma alternativa mais flexível e poderosa em comparação com a BIOS, contribuindo para a eficiência e aprimoramento das capacidades dos computadores contemporâneos. Periféricos de Entrada Os periféricos de entrada são dispositivos que possibilitam a interação do usuário com o computador, permitindo a inserção de dados, comandos e informações. Esses componentes desempenham um papel crucial na comunicação entre o usuário e a máquina, tornando possível a execução de diversas tarefas. Mouse: Considerado um periférico essencial para a interação humano-computador, o mouse traduz o movimento físico em ações correspondentes na tela. Oferece funcionalidades como seleção, clique direito e roda de rolagem, proporcionando uma experiência intuitiva e eficiente. Teclado: Facilitando a comunicação, o teclado permite a inserção de texto, comandos e atalhos. Com um layout padronizado, teclas de função e controle, oferece feedback tátil para uma digitação eficiente, sendo uma peça fundamental na interação cotidiana com o computador. Periféricos de Saída Os periféricos de saída, por outro lado, são responsáveis por apresentar as informações processadas pelo computador ao usuário de maneira compreensível e utilizável. Monitor/Tela: Este componente fundamental oferece a interface visual entre o usuário e o computador. Utilizando tecnologias como LED, LCD e OLED, proporciona exibições nítidas e coloridas. Monitores modernos incluem conectividade avançada para suportar múltiplos dispositivos, promovendo uma experiência visual rica e envolvente. Impressora: Ao traduzir dados digitais em formatos físicos, a impressora possibilita a materialização de documentos e imagens. Com diversas tecnologias disponíveis, como jato de tinta, laser e matriz de ponto, oferece opções versáteis para atender a uma variedade de necessidades de impressão. Essa distinção entre periféricos de entrada e saída é essencial para compreender como os dispositivos se integram no ecossistema computacional, proporcionando uma interação bidirecional que viabiliza uma ampla gama de atividades e aplicações. CAPÍTULO 3 ELETRICIDADE E INFORMÁTICA CAPÍTULO 3 ELETRICIDADE E INFORMÁTICA ELETRICIDADE Eletricidade é o movimento dos elétrons em excesso: eles podem fluir como corrente nos fios ou líquidos condutores, fazendo as lâmpadas acenderem e os motores funcionarem; ou podem ficar acumulados como eletricidade estática. Quando a carga é grande o suficiente, ela “pula”, como no choque da maçaneta da porta ou no raio durante uma tempestade. ELETRICIDADE DINÂMICA Este tipo de eletricidade consiste em elétrons ou íons em movimento. É gerada por geradores elétricos, como por exemplo, nas usinas hidrelétricas ou em pequenos geradores residenciais e é transmitida através de cabos ou fios metálicos. Serve para acionar os grandes equipamentos elétricos ou até mesmo os pequenos equipamentos residenciais. ELETRICIDADE ESTÁTICA Este tipo de eletricidade consiste em elétrons ou íons que não estão em movimento, e sim armazenados em um determinado corpo. Pode-se produzir eletricidade estática esfregando dois objetos, como por exemplo, uma caneta esferográfica em um blusão de lã sintética. Este tipo de eletricidade é muito perigoso para equipamentos eletrônicos como o computador, pois pode danificar parcialmente ou totalmente tais equipamentos. POTENCIAL ELÉTRICO Uma carga elétrica gera em seu redor um campo elétrico. Dá-se o nome de potencial elétrico à medida associada ao nível de energia potencial de um ponto de um campo elétrico. Colocando uma carga de prova em um ponto P de um campo elétrico, essa carga adquire uma energia devido ao potencial elétrico deste ponto. A unidade de medida do potencial elétrico é o volt (V). A tensão elétrica (V), que também é medida em volt (V) é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. A tensão elétrica indica o trabalho que deve ser feito, por unidade de carga, contra um campo elétrico para se movimentar uma carga qualquer. Quando uma carga de prova é submetida a uma tensão elétrica, ela move-se da região de maior potencial para a região de menor potencial. A tensão elétrica é a grande responsável pelo surgimento da corrente elétrica. CORRENTE ELÉTRICA O deslocamento de cargas elétricas para uma determinada direção e sentido é o que se chama de corrente elétrica. A corrente elétrica origina-se por meio de uma tensão elétrica aplicada entre dois pontos distintos no espaço.O fluxo de elétrons pode ser dividido em dois tipos: Corrente contínua (DC – Direct Current) Quando um aparelho elétrico está ligado a uma fonte do tipo bateria ou pilha, a polaridade em seus terminais é fixa, ou seja, o campo elétrico tem um sentidoconstante na fiação do aparelho que está em funcionamento ligado a essa fonte. Portanto, dizemos que o movimento dos elétrons livres no fio do aparelho se dá sempre no mesmo sentido. Corrente alternada (AC – Alternate Current) Outros aparelhos, como geladeiras, chuveiros, ventiladores e liquidificadores, são alimentados por fontes (geradores de usinas) que alternam, de forma constante, sua polaridade. Por isso, o sentido do campo na fiação da residência em que um aparelho elétrico esteja funcionando ligado a uma tomada de 110V ou 220V também se alterna. Consequentemente, o movimento extra dos elétrons livres é ora para um lado, ora para outro. TENSÕES DOMÉSTICAS: 127 E 220 V As tensões elétricas domiciliares são de 127 ou 220 volts. São elas que dão origem ao que chamamos de corrente elétrica, e é através dela que os aparelhos elétricos funcionam. Todo aparelho ligado na tomada consome uma determinada quantidade de energia, e isso é medido de acordo com a sua potência. O resultado dessa medição é calculado em Watts. Para você entender melhor, uma tomada ligada a uma rede de tensão de 220 volts, trabalha com cabos mais finos que, oferecem menor resistência e assim facilitam a passagem da corrente elétrica, consumindo menos energia. Este tipo de sistema é ideal para aparelhos que exigem correntes mais altas para funcionar, um exemplo é o chuveiro, que é mais econômico quando ligado a 220V, e os aparelhos de ar-condicionado SPLIT. Embora seja muito comum falar 110V, no Brasil existem apenas dois tipos de tensão: a tensão 127 volts e a 220 volts. Essa confusão acontece porque existia a tensão 110 volts no país, que está sendo extinta e dando lugar à de 127 volts, que representa uma média de tensão mais realista e eficaz do que a de 110 volts. A escolha do sistema de 110 volts ou de 220 volts dependeu do país de origem das primeiras empresas e de uma análise de custos: a quantidade de consumidores por metro quadrado, o dinheiro para a instalação e para os materiais necessários, como transformadores e cabos. E se ligar um aparelho 127V em uma tomada 220V? Se ligar um aparelho 127 volts em uma tomada 220 volts é provável que ele queime devido a forte tensão elétrica. Agora, se for ao contrário, pode não trazer tanto prejuízo porque uma tomada de 127 volts não vai fornecer energia suficiente para que ele funcione de forma certa . Uma opção são os aparelhos bivolt, onde este pode ser regulado de acordo com o tipo de tomada disponível. A TOMADA DO COMPUTADOR A conexão entre o computador e a rede elétrica é feita através de um cabo de força. Este cabo é conectado na fonte de alimentação do computador e na tomada da rede elétrica. No Brasil, o padrão de tomada foi alterado com a norma da ABNT NBR 14136:2002. Este novo padrão possui dois formatos de plugues: • Dois pinos redondos; • Três pinos redondos. Como se trata de um padrão novo, a maioria das residências e empresas ainda possui as suas tomadas no padrão antigo, que é o padrão norte-americano, com dois plugues chatos e um redondo. Neste caso, é necessário um adaptador para possibilitar a conexão do cabo de força à tomada da rede elétrica. A tomada de um computador possui as seguintes configurações: • O fio fase deve ser instalado no polo da direita da tomada; • O fio neutro deve ser instalado no polo da esquerda da tomada; • O fio terra deve ser instalado no polo inferior da tomada. ATERRAMENTO O sistema de aterramento consiste em uma viga cravada na terra que é conectada a um fio, geralmente de cor verde e amarela, que percorre toda a casa. Ele tem como objetivo diminuir a variação de tensão de uma rede elétrica, eliminar as fugas de energia e proteger os usuários de um possível choque elétrico. Para realizar o aterramento, são introduzidas ao solo barras de cobre, ferro galvanizado ou de aço, sendo que a mais empregada é a de cobre. Estas hastes devem possuir tamanhos iguais ou superiores a 1,5m. UNIDADES DE MEDIDA EM TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO Semelhante aos sistemas de medidas e pesos, que utilizam gramas (g), quilogramas (kg), centímetros (cm) e metros (m), a Tecnologia da Informação possui suas próprias unidades de medida. Medidas de Armazenamento: Os dados, ou informações, em um computador são mensurados através da unidade de medida chamada byte (B). Cada byte é composto por 8 bits (b), que representam a menor unidade de dado. Assim como 1 kg corresponde a 1000 g, 1 KB equivale aproximadamente a 1000 B. Tabela de Medidas: ● 1000 B = 1 KB ● 1000 KB = 1 MB ● 1000 MB = 1 GB ● 1000 GB = 1 TB Essas unidades, que seguem uma lógica decimal, facilitam a compreensão e a representação dos volumes crescentes de dados presentes no universo da tecnologia. Entender essas medidas é importante para lidar eficientemente com o armazenamento e a transferência de informações no contexto digital. Na prática, a capacidade da memória RAM é predominantemente expressa em gigabytes (GB), e quanto maior essa capacidade, melhor o desempenho do computador, resultando em uma operação mais rápida. No caso do HD, também mensurado em gigabytes (GB), uma capacidade maior significa mais espaço para armazenamento de informações. É importante destacar que, ao contrário da memória RAM, o HD tem uma influência limitada na velocidade geral do computador. Medidas de Velocidade (Frequência) O processador do computador que, como já vimos, é o responsável por executar e controlar as operações solicitadas pelo sistema operacional, tem sua velocidade medida por sua frequência. A unidade de medida utilizada é o Herz(Hz). A lógica é parecida com a dos Bytes, 1KHz é igual a 1000Hz, 1MHz = 1KHz e 1GHz é igual a 1000MHz. Na prática: Os processadores modernos trabalham com frequência de 2Ghz ou mais. Questione e compare sempre as frequências dos processadores na hora de compra do computador. Quanto maior a frequência, mais rápido será. Vários computadores trabalham com tecnologia de mais de um núcleo de processamento, como é o caso dos Dual Core, Quad Core, dos Intel Core i3,i5,i7 e outros. Isso faz com que a velocidade seja dobrada no caso de dois núcleos ou quadruplicada no caso de quatro núcleos e assim por diante. Por exemplo: Um Intel Core i3 de 2.0GHz, opera na verdade, a 4GHz. EPI – EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL A eletricidade estática é definida como uma carga elétrica causada por um desbalanceamento dos elétrons na superfície de um material, especialmente dos isolantes. Essa carga produz um campo elétrico que pode ser medido e pode afetar outros objetos à distância. Descarga eletrostática, ou ESD (do inglês ElectroStatic Discharge), é definida como a transferência dessa carga entre corpos com potenciais elétricos diferentes. Para proteger os equipamentos é necessária a utilização de equipamentos de proteção individual (EPI). PULSEIRA ANTIESTÁTICA CALÇADO E CALCANHEIRA ANTIESTÁTICA MANTA ANTIESTÁTICA LUVAS E JALECO ANTIESTÁTICO EQUIPAMENTOS PARA A MANUTENÇÃO DE PCS Para darmos início à desmontagem deveremos ter em mãos um kit de ferramentas e acessórios, pois, a utilização de ferramentas adequadas é essencial para realizarmos um bom trabalho e evitarmos danos aos componentes, principalmente os parafusos, que estão presentes em grande quantidade e formatos variados em um computador. • Chaves de fenda (Soquetes 3/16” e 1/8”); • Chave Phillips (#0 e #1); • Chave Canhão T15; • Alicate de bico fino de 5”; • 1 Multímetro • Spray limpa-contatos – Necessário para a limpeza dos terminais das placas e slots da placa-mãe. • 1 Borracha – Útil para limpar os terminais das placas. • Alicate de Crimpagem – Necessário a crimpagem de cabos de rede. • Conector RJ-45 – Para montagem de cabos Par Trançado. • Pano antiestético ou que não solte fiapos (de preferência, de poliéster) – Ajuda a remover resíduos nas placas. • Pincéis de cerdas sintéticas – Ajuda a remover resíduos de poeira de lugares difíceis de se alcançar com o pano. • Aspiradorde pó ou spray de ar comprimido – Ajuda a tirar o pó do local onde o pincel não alcança. • Chave de teste 100V – 250V; • Extrator de componentes com garras; • Pinça T1; • Pinça para chips antiestática; • Cortador de fios; • Tesoura; • Estilete; • Abraçadeiras plásticas; • Testador de cabos. CAPÍTULO 4 FUNDAMENTOS DE ARQUITETURA DE COMPUTADORES CAPÍTULO 4 FUNDAMENTOS DE ARQUITETURA DE COMPUTADORES FUNDAMENTOS A computação, como ciência fundamental na era digital, é sustentada pela compreensão dos princípios da arquitetura de computadores. O computador, enquanto máquina, é uma entidade composta por elementos físicos que, quando combinados, têm a capacidade de executar uma sequência de instruções previamente definidas. Essas instruções, denominadas algoritmos, são concebidas através da interação humana e destinam-se a produzir resultados específicos. O termo "hardware" abrange todos os componentes físicos que compõem um computador. Por outro lado, um algoritmo é um conjunto de regras, organizadas de forma lógica, que são interpretadas e executadas pelo computador para realizar uma determinada tarefa. Assim, um ou mais algoritmos formam a base do que chamamos de programa de computador ou software. A arquitetura de computadores, como a conhecemos hoje, é uma evolução do modelo proposto por John Von Neumann em 1946. Seguindo os princípios desse modelo, os computadores contemporâneos consistem em quatro componentes principais: a Unidade Central de Processamento (UCP), que inclui a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) e a Unidade de Controle (UC), a memória e os dispositivos de entrada e saída. Esses elementos, agrupados em módulos específicos, formam a estrutura básica de um computador. A arquitetura de computadores é responsável pelo projeto e pela análise da estrutura operacional de sistemas de computadores. Seu objetivo primordial é examinar os requisitos essenciais para o funcionamento adequado de um computador e, adicionalmente, desenvolver estratégias para organizar seus diversos componentes visando a obtenção de desempenho otimizado. ARQUITETURA ABERTA X ARQUITETURA FECHADA Nas décadas de 50, 60 e 70, o cenário da informática era marcado pela competição entre diferentes fabricantes, cada um desenvolvendo seu próprio hardware e software. Essa fragmentação resultava em falta de compatibilidade entre as arquiteturas, gerando ineficiências generalizadas. Por exemplo, se uma empresa possuísse um computador do fabricante X e quisesse adquirir um software do fabricante Y, seria necessário desenvolver o software do zero pelo fabricante X, desde a placa mãe até o sistema operacional. Diante da popularização dos computadores no final da década de 70, surgiu a necessidade premente de estabelecer um padrão que permitisse a interoperabilidade entre os equipamentos. Na década de 1980, apenas duas arquiteturas se destacaram: o PC (Personal Computer), desenvolvido pela IBM, e o Macintosh, da Apple Inc. Com o computador pessoal da IBM emergindo como a arquitetura dominante da época, acabou por se tornar o padrão que moldou os computadores modernos. Tomando como exemplo o cenário descrito anteriormente, podemos considerar dois tipos básicos de arquitetura: ARQUITETURA ABERTA Na era da tecnologia da informação, a arquitetura aberta se destaca como a abordagem mais prevalente no mercado. Ela visa permitir que diversos fabricantes desenvolvam tecnologias compatíveis dentro da mesma estrutura, garantindo ao usuário final uma gama de opções para montar seu computador de acordo com suas necessidades específicas e orçamento disponível. Para que uma arquitetura seja classificada como aberta, ela deve atender uma série de critérios definidos: Especificação Bem Definida: O sistema deve aderir a uma especificação claramente definida e amplamente disponível para toda a indústria. Múltiplas Implementações: A especificação deve ser adotada por diversos produtos independentes de diferentes empresas. Descentralização de Controle: A especificação não deve estar sob o controle de um grupo restrito de empresas, garantindo a descentralização do desenvolvimento e da inovação. Independência Tecnológica: A especificação não deve estar vinculada a uma arquitetura ou tecnologia específica, permitindo flexibilidade e evolução ao longo do tempo. As características distintivas da arquitetura aberta são fundamentais para seu sucesso e adoção por diversos fabricantes: Utilização em Ambientes Multiusuário: Ideal para ambientes onde múltiplos usuários interagem simultaneamente com o sistema. Processadores Potentes: Equipados com processadores poderosos capazes de gerenciar uma grande quantidade de terminais e armazenar enormes volumes de dados. Integração de Sistemas: Facilitam a integração de diversos subsistemas de informação em um único banco de dados, promovendo eficiência e coerência nos dados. Economia e Flexibilidade: São mais acessíveis financeiramente, apresentam complexidade mínima e oferecem maior flexibilidade em comparação com sistemas proprietários. Compatibilidade de Hardware: Não estão vinculados a um único tipo de hardware proprietário, permitindo a utilização de uma variedade de componentes. Ambiente de Informação Integrado: Proporcionam um ambiente unificado para acesso e gerenciamento de informações. Adoção de Padrões: Cumprem ou estabelecem padrões reconhecidos pela indústria. Especificações Gerais: Suas especificações são formuladas de forma genérica, promovendo interoperabilidade e compatibilidade. Portabilidade do Software: O software desenvolvido para essa arquitetura é altamente portável entre diferentes plataformas. Flexibilidade Linguística: Oferecem flexibilidade nas linguagens de programação suportadas. Conectividade Facilitada: Permitem uma fácil conexão com dispositivos e programas desenvolvidos por outras empresas. ARQUITETURA FECHADA A arquitetura fechada representa um modelo no qual o uso por outros fabricantes não é permitido, ou então, o fabricante detém controle total sobre as empresas que fabricam sua arquitetura. Essa abordagem visa minimizar conflitos de hardware, otimizando o desempenho e mantendo a qualidade do dispositivo. No entanto, essa rigidez limita as escolhas dos usuários, restringindo-os aos produtos oferecidos pela empresa e impedindo a montagem personalizada de computadores. As características da arquitetura fechada incluem: Utilização Empresarial: Ideal para ambientes corporativos onde é necessária uma integração controlada de hardware e software. Altos Custos de Manutenção: A manutenção desses sistemas tende a ser mais dispendiosa devido à dependência de hardware específico e à necessidade de suporte especializado. Hardware Proprietário: Dependência de hardware exclusivo fornecido pela empresa proprietária, limitando a interoperabilidade com componentes de terceiros. Baixa Portabilidade do Hardware: O hardware associado a essa arquitetura geralmente carece de portabilidade, o que significa que é difícil ou impossível transferi-lo para plataformas diferentes. Restrições linguísticas: As linguagens de programação utilizadas são ditadas pela empresa específica responsável pelo desenvolvimento do software, reduzindo a flexibilidade e a escolha do programador. Imodificabilidade do Software: Os programas desenvolvidos para essa arquitetura são imodificáveis por programadores externos, limitando a capacidade de personalização. Especificações: As especificações não são gerais e são estritamente controladas pela empresa proprietária. Limitação de Escalabilidade: Essa arquitetura é mais adequada para ambientes com requisitos específicos e não escaláveis. Processamento de Volume Elevado de Informações: Apresenta capacidade de processamento superior, ideal para lidar com grandes volumes de dados. Qualidade Visual Aprimorada: Capacidade de fornecer uma qualidade visual superior em comparação com arquiteturas abertas. Exemplo: Atualmente, a Applese situa em uma posição intermediária, oferecendo produtos que abrangem tanto a arquitetura fechada quanto a aberta. A empresa produz computadores que podem executar seu sistema operacional de forma legal, enquanto também participa do mercado de compatíveis IBM, oferecendo uma gama de produtos para os consumidores. ANÁLISE TÉCNICA SOBRE OS PRINCIPAIS COMPONENTES DE UM COMPUTADOR: UCP (Unidade Central de Processamento): A UCP, também conhecida como CPU (Central Processing Unit), é o cérebro do computador. É responsável por executar as instruções e processar os dados armazenados na memória. Alguns indivíduos se referem a ela como o processador ou microprocessador. Memória: A memória é o componente responsável por armazenar todos os dados e programas em execução no computador. Existem vários tipos de memória, como RAM, ROM, cache e registradores. No entanto, a memória principal é de vital importância, pois sem ela os programas e dados não poderiam ser disponibilizados para processamento pela CPU. Dispositivos de Entrada e Saída (E/S): Esses dispositivos, como teclado, mouse e webcam, são responsáveis pela interação entre o computador e o mundo externo, facilitando as entradas e saídas de dados. Barramento: Este componente é responsável por interligar todos os componentes mencionados acima. Trata-se de uma via de comunicação composta por vários fios ou condutores elétricos, através dos quais os dados manipulados pelo computador são transmitidos. CAPÍTULO 5 BARRAMENTOS CAPÍTULO 5 BARRAMENTOS BARRAMENTOS E SUAS FUNÇÕES Os barramentos, também conhecidos como "bus" em inglês, constituem conjuntos de micro condutores elétricos que conectam os diversos componentes de um computador, além de circuitos eletrônicos que regulam o fluxo dos bits. Em sua maioria, os barramentos são bidirecionais, o que significa que coordenam o fluxo de informações, tanto para envio quanto para recebimento, permitindo que dados, instruções, endereços e elementos de controle sejam transmitidos de forma sincronizada. Existem três tipos principais de barramentos em um microprocessador, cada um ligado a uma de suas unidades primárias. Abordaremos esses componentes destacando suas características e funcionalidades. BARRAMENTO DE DADOS Este barramento conecta a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) à memória principal, possibilitando a transferência bidirecional de instruções ou dados a serem executados. Sua largura influencia diretamente no desempenho do sistema, pois determina o número de bits transferidos por vez. Barramentos atuais podem ter larguras de 32, 64 ou 128 bits, o que significa que cada operação pode processar blocos de 32, 64 ou 128 dígitos binários. A largura do barramento de dados também é conhecida como "palavra", indicando o tamanho do bloco de dados processados pelo processador. BARRAMENTO DE ENDEREÇOS: Localizado na UCP, o barramento de endereços interliga o Registrador de Endereços de Memória (REM) à memória principal. Ele transmite os elementos que compõem os endereços de memória necessários para localizar uma instrução ou dado a ser executado. Este barramento é unidirecional, já que apenas a UCP acessa a memória principal para operações de leitura ou escrita. O número de vias de transmissão é determinado pelos bits que representam o valor de um endereço. BARRAMENTO DE CONTROLE: Este barramento conecta a UCP, especificamente a Unidade de Controle (UC), aos demais componentes, como memória principal e dispositivos de entrada e saída, para transmitir sinais de controle gerados pelo sistema. É bidirecional, pois a UCP pode enviar sinais de controle para a memória principal, indicando operações de leitura ou escrita, enquanto a memória principal pode enviar sinais "wait" (espera) para a UCP aguardar o término da operação. Por meio desses barramentos, o computador realiza uma comunicação interna eficiente, coordenando o fluxo de dados e garantindo a sincronização das operações entre seus componentes vitais. Os projetistas de sistemas de computação, diante da diversidade de dispositivos e da necessidade de garantir eficiência nas comunicações internas, desenvolveram uma variedade de tipos de barramentos. Cada tipo de barramento é projetado com uma taxa de transferência de bits específica, adequada às velocidades dos componentes interconectados. Isso resulta em uma hierarquia organizacional dos barramentos, onde cada nível desempenha um papel distinto no funcionamento do sistema: BARRAMENTO LOCAL: Este barramento possui alta velocidade de transferência de dados e opera normalmente na mesma frequência do clock do processador. Ele conecta o processador aos dispositivos de maior velocidade, como a memória cache e a memória principal, garantindo que as operações do processador não sejam atrasadas. BARRAMENTO DO SISTEMA: Este barramento, opcional em alguns sistemas, conecta o processador à memória cache. Na arquitetura do barramento do sistema, a memória cache se conecta aos módulos de memória principal (RAM) através de um circuito integrado chamado ponte (chipset), que sincroniza o acesso entre as memórias. BARRAMENTO DE EXPANSÃO: Também conhecido como barramento de entrada e saída (E/S), esse barramento interconecta os dispositivos de entrada e saída, como monitor de vídeo, impressoras e dispositivos de armazenamento, aos demais componentes do computador. Uma ponte é utilizada para sincronizar as diferentes velocidades dos barramentos e conectar-se ao barramento do sistema. Olhando para a diversidade de velocidades entre os diferentes dispositivos de entrada e saída disponíveis hoje em dia, foi adotada uma estratégia para otimizar a performance nas transferências de dados: dividir o barramento de expansão (também chamado de barramento de E/S) em dois. Um deles é de alta velocidade, destinado aos dispositivos mais rápidos, como placas de rede e placas de vídeo, enquanto o outro é de menor velocidade, apropriado para dispositivos mais lentos, como teclados e mouses. O desempenho geral de um sistema computacional é grandemente influenciado pela largura do barramento, que se refere à quantidade de informações (em bits) que podem ser transmitidas simultaneamente por ele. Podemos pensar na largura do barramento em termos de suas vias, ou seja, quanto mais vias, maior a largura e, consequentemente, maior a capacidade de transmissão de dados. A taxa de transferência, medida em bits por segundo (Kilobits, Megabits, etc.), determina a quantidade de bits que podem ser trafegados em um barramento. Cada um dos tipos de barramento permite o compartilhamento com outros componentes do sistema. No entanto, para garantir um compartilhamento eficiente, é necessário um mecanismo de controle de acesso baseado em regras, conhecido como protocolo. Esse protocolo assegura que, quando um dispositivo estiver utilizando o barramento, outros dispositivos aguardem sua vez para acessá-lo. Neste contexto, o fabricante e as características físicas dos componentes tornam-se secundários, desde que estejam em conformidade com os padrões de protocolos estabelecidos pela indústria de computadores. Abaixo estão alguns dos mais populares: A) ISA (Industry Standard Adapter): Desenvolvido pela IBM, embora tenha uma taxa de transferência baixa, foi amplamente adotado pela indústria. Entretanto, os sistemas atuais não mais utilizam esse padrão. B) PCI (Peripheral Component Interconnect): Desenvolvido pela Intel, tornou-se praticamente um padrão para todo o mercado como um barramento de alta velocidade. Oferece transferência de dados em 32 ou 64 bits a velocidades de 33 MHz e 66 MHz. C) USB (Universal Serial Bus): Destaca-se por permitir a conexão de múltiplos periféricos simultaneamente (até 127 dispositivos em um único barramento) por meio de uma porta centralizada. Amplamente adotado, os dispositivos USB são conhecidos por sua capacidade plug-and-play, facilitando o uso imediato após a conexão. D) AGP (Accelerated GraphicsPort): Este barramento, liderado pela Intel e desenvolvido por vários fabricantes, visa acelerar as transferências de dados gráficos para a memória principal, especialmente em aplicações 3D, como jogos. E) PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express): Criado pelo grupo de empresas PCI-SIG, composto por Intel, AMD, IBM, HP e Microsoft, em resposta à demanda por maior velocidade devido aos avanços em chips gráficos e tecnologias de rede. Substituiu gradualmente o PCI e o AGP, oferecendo altas taxas de transferência. Esses padrões de barramentos garantem a compatibilidade e o desempenho adequado dos sistemas computacionais, permitindo uma comunicação eficiente entre os diversos componentes. CAPÍTULO 6 UNIDADE DE CONTROLE E UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA CAPÍTULO 6 UNIDADE DE CONTROLE E UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA Os computadores, por natureza, são dispositivos voltados para a realização de cálculos e operações lógicas. A Unidade Lógica Aritmética (ULA) é um componente essencial do processador, responsável por executar eficientemente essas operações fundamentais. A ULA desempenha uma ampla variedade de funções, desde operações aritméticas básicas, como adição, subtração, multiplicação e divisão, até operações lógicas mais complexas, incluindo deslocamento, transferência, comparação e classificação. Essas operações formam a base de todo o processamento de dados realizado pelos computadores. Quando um programa requer uma operação matemática, a Unidade de Controle atua como o "cérebro" do processador, coordenando a entrega dos dados necessários à ULA juntamente com a operação a ser realizada. A ULA, então, executa o cálculo solicitado de forma eficaz e precisa. Após concluir a operação, os resultados são imediatamente devolvidos à Unidade de Controle para posterior manipulação e processamento até que o objetivo final seja alcançado. É importante ressaltar que a ULA desempenha um papel crítico não apenas em operações matemáticas, mas também em operações lógicas que são essenciais para o funcionamento de sistemas computacionais complexos. Sua eficiência e precisão influenciam diretamente no desempenho geral do computador. Em resumo, a Unidade Lógica Aritmética é um componente vital em qualquer sistema computacional, garantindo a realização eficaz e precisa de uma ampla variedade de operações matemáticas e lógicas, essenciais para o processamento de dados. UNIDADE DE CONTROLE A Unidade de Controle (UC) representa a estrutura mais intricada dentro da CPU ou processador. Sua função primordial consiste em gerenciar e coordenar todas as atividades da CPU em relação às demais unidades do sistema. Todas as operações internas de um computador específico são meticulosamente controladas por essa unidade. Além de supervisionar o funcionamento da Unidade Lógica Aritmética (ULA), a UC abriga a lógica essencial para facilitar a transferência de dados e instruções de e para a CPU. Isso é realizado por meio da emissão de sinais de controle em momentos cronometrados durante a execução do ciclo de instruções. As responsabilidades fundamentais da Unidade de Controle incluem: Gerenciamento da entrada de dados; Interpretação de cada instrução de um programa; Coordenação do armazenamento de informações; Análise das instruções dos programas; Supervisão da saída dos dados; Decodificação dos dados, entre outras funções essenciais. CONTROLADORES DE ENTRADA E SAÍDA Os controladores de entrada e saída (E/S) representam o terceiro elemento crucial em um sistema de computação, complementando o processador e o conjunto de módulos de memória. Cada um desses módulos de E/S atua como uma interface entre os dispositivos periféricos e o barramento do sistema, controlando um ou mais dispositivos externos. Não se trata apenas de um conector mecânico, mas sim de um componente que contém inteligência própria para facilitar a comunicação entre os periféricos e o barramento. Agora, por que não conectar os periféricos diretamente ao barramento de sistema? Existem várias razões para isso. Primeiro, devido à vasta variedade de periféricos com diferentes métodos de operação, seria impraticável incorporar toda a lógica necessária dentro do processador para controlar essa gama de dispositivos. Além disso, a taxa de transferência de dados dos periféricos muitas vezes é significativamente mais baixa do que a da memória do processador, tornando impraticável o uso do barramento de alta velocidade para comunicação direta com um periférico. Além disso, os periféricos frequentemente utilizam formatos de dados e tamanhos de palavras diferentes dos do computador ao qual estão conectados. Portanto, é necessário um controlador de E/S. Este módulo desempenha duas funções principais: estabelecer a interface com o processador e a memória por meio do barramento de sistema ou do comutador central, e estabelecer a interface com um ou mais dispositivos periféricos por meio de conexões especializadas para dados. CAPÍTULO 7 REGISTRADORES, MEMÓRIA PRINCIPAL, SECUNDÁRIA E CACHÊ CAPÍTULO 7 REGISTRADORES, MEMÓRIA PRINCIPAL, SECUNDÁRIA E CACHÊ REGISTRADORES, MEMÓRIA PRINCIPAL, SECUNDÁRIA E CACHÊ O conceito de computador digital binário, com programa e dados armazenados em memória, que é amplamente utilizado hoje em dia, tem suas origens na arquitetura proposta por Von Neumann, um proeminente matemático húngaro. De acordo com o modelo de Von Neumann, a principal função da Unidade Central de Processamento (UCP) ou processador é capturar os dados e instruções que compõem um programa e executar seu processamento, sem se preocupar com sua origem ou destino. No entanto, para que o processador seja capaz de executar os programas, é essencial que seus dados e instruções estejam previamente armazenados na memória. Dessa forma, a memória dos computadores se torna um componente crucial, tão essencial quanto a Unidade Central de Processamento (CPU). É por meio da memória que o computador consegue armazenar dados de maneira temporária ou permanente. O termo "memória" engloba uma variedade de componentes de um sistema que têm a capacidade de armazenar programas e dados. A unidade básica de memória é o bit, um dígito binário que pode conter os valores 0 ou 1. Este é o menor componente possível. Mas por que limitar-se aos valores 0 ou 1? A explicação reside na interpretação dos possíveis estados em um sistema eletroeletrônico: desligado (zero) e ligado (um). Um sistema que armazenasse apenas um desses valores não seria capaz de formar a base de um sistema de memória. No entanto, ao combinar esses valores, é possível representar qualquer número ou letra do alfabeto. De forma básica, existem dois tipos principais de memória: as memórias internas, localizadas dentro do processador, que são voláteis e perdem seus dados na ausência de energia, como a memória cache e os registradores; e as memórias externas, que são não voláteis e mantêm os dados enquanto o computador está em uso, não perdendo as informações quando desligado, como é o caso do disco rígido e da memória flash (pendrive). REGISTRADORES Os registradores constituem um tipo de memória com altas taxas de transferência, resultando em baixa capacidade de armazenamento e custo elevado. Localizados dentro do processador, sua função principal é registrar todas as tarefas executadas por este e gerenciar os endereços dos dados, indicando ao processador qual posição de memória acessar para executar uma determinada tarefa. Na prática, sua função se assemelha à memória de uma calculadora, onde números, operações e resultados são armazenados em compartimentos distintos para que o processador possa realizar cálculos. A concepção dos registradores surge da necessidade do processador em armazenar temporariamente dados intermediários durante o processamento. Por exemplo, quando o resultado de uma operação precisa ser mantido até que o resultado de uma busca na memória estejadisponível para realizar uma nova operação. Os registradores são dispositivos de armazenamento temporário, localizados no interior do processador (CPU). Devido à tecnologia empregada, os registradores são extremamente rápidos e de alto custo, o que limita sua disponibilidade em um computador. Cada registrador tem capacidade para armazenar apenas um dado (uma palavra). MEMÓRIA CACHÊ Para garantir a eficiência do processamento, o processador precisa buscar dados e instruções na memória principal do sistema. No entanto, devido à diferença significativa de velocidade entre o processador e a memória principal, surgiu a necessidade de reduzir o atraso causado pela transferência de dados entre eles. Para resolver esse problema, foi desenvolvida uma técnica que envolve a inclusão de um dispositivo de memória entre o processador e a memória principal, conhecido como memória cache. MEMÓRIA PRINCIPAL A memória principal é essencial para o funcionamento do computador, pois permite que o processador acesse os dados diretamente. Sua principal função é armazenar os programas e dados necessários para o processador em um determinado momento. Um exemplo comum de memória principal é a RAM (Random Access Memory), que é uma memória volátil de semicondutores, permitindo o acesso aleatório às palavras individuais de memória. MEMÓRIA SECUNDÁRIA As memórias secundárias, também conhecidas como memórias de armazenamento em massa, são responsáveis pelo armazenamento permanente de dados. Embora não sejam acessadas diretamente pelo processador, essas memórias precisam que as informações sejam carregadas na memória principal antes de serem processadas. São não voláteis, o que permite que os dados sejam retidos permanentemente. Exemplos de memórias secundárias incluem discos rígidos, CDs, DVDs, Blu-Rays, disquetes e fitas magnéticas. CAPÍTULO 8 ENCAPSULAMENTO CAPÍTULO 8 ENCAPSULAMENTO ENCAPSULAMENTO O encapsulamento é essencialmente a camada física que envolve um chip ou circuito integrado. Trata-se de um dispositivo microeletrônico, constituído por material semicondutor e de dimensões extremamente reduzidas. Esse invólucro abriga diversos transistores e outros componentes interconectados, permitindo que o chip execute uma variedade de funções. TIPOS DE ENCAPSULAMENTO DIP (Dual In-line Package) - O encapsulamento em Linha Dupla é um dos formatos mais convencionais para circuitos integrados. Consiste em duas fileiras paralelas de terminais, conferindo ao chip a aparência de uma "centopeia preta". No entanto, esse tipo de invólucro está gradualmente sendo substituído por outras opções mais modernas. SOJ (Small Outline J-Lead) - Similar ao DIP, o SOJ se diferencia por não possuir encaixes. Seu nome deriva do formato das perninhas do chip, que se dobram em formato de letra "J". Esse tipo de encapsulamento é amplamente utilizado atualmente em placas de circuito, empregando uma técnica de montagem conhecida como tecnologia de montagem em superfície (SMT). TSOP (Thin Small Outline Package) - Este formato de invólucro possui uma espessura consideravelmente reduzida em comparação com os padrões anteriores, sendo cerca de um terço mais fino que o SOJ. Seus terminais de contato são menores e mais finos, minimizando a interferência na comunicação. É comumente utilizado em módulos de memória SDRAM e DDR. Uma variação mais delgada desse encapsulamento é conhecida como STSOP (Shrink Thin Small Outline Package). QFP (Quad Flat Package) - O invólucro quadrado apresenta terminais que se estendem a partir de cada um dos quatro lados. Esse formato é exclusivamente utilizado em tecnologia de montagem em superfície (SMT), não permitindo o uso de soquetes ou furos de passagem (thru-holes), que se referem a um método de montagem envolvendo a soldagem de pinos dos componentes em superfícies no lado oposto. Existem variantes desse encapsulamento com quantidades de terminais que variam de 32 até mais de 200. Embora tenha se popularizado na Europa e nos EUA nos anos 90, os componentes QFP já eram empregados em produtos eletrônicos japoneses desde os anos 70. TQFP (Thin Plastic Quad Flat Package) - Este formato de encapsulamento é semelhante ao LCC, porém é consideravelmente mais fino que o QFP. Seus terminais são soldados diretamente em placas de circuito impresso, dispensando o uso de soquetes. A fixação é realizada por meio de uma técnica especial chamada montagem em superfície (SMT). LCC (Leaded Chip Carrier) - Este tipo de encapsulamento apresenta contatos padrão, com os terminais saindo dos quatro lados do circuito integrado. Os terminais são dobrados para baixo e requerem um soquete apropriado para serem encaixados. Essa versão do encapsulamento QFP é projetada para uso com soquetes. Uma de suas variantes mais comuns é a PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier). PGA (Pin Grid Array) - Matriz de Pinos. Este tipo de encapsulamento possui os terminais localizados na parte inferior e é instalado em soquetes apropriados. Geralmente, os pinos têm um espaçamento de cerca de 2,54 mm entre eles. BGA (Ball Grid Array) - Matriz de Esferas. O padrão de encapsulamento é baseado no PGA, mas os pinos são substituídos por pequenas esferas. O chip é soldado à placa de circuito impresso por meio de soldagem de montagem em superfície (SMD). O processo de soldagem é realizado em uma câmara de vapor a aproximadamente 180 graus Celsius, temperatura na qual a solda funde sem afetar os demais componentes da placa-mãe, como conectores plásticos e outros chips, que suportam temperaturas mais altas. Entre as vantagens do BGA, além da capacidade de suportar uma grande quantidade de terminais (superior a 208 pinos), estão a ausência de pinos que possam ser dobrados e a proteção dos terminais contra danos externos, pois não ficam expostos. CAPÍTULO 9 MONTAGEM DE COMPUTADORES CAPÍTULO 9 MONTAGEM DE COMPUTADORES IDENTIFICAÇÃO E LOCALIZAÇÃO DOS COMPONENTES DA PLACA MÃE Para montar um computador, é essencial identificar e compreender os componentes envolvidos e adotar algumas precauções para garantir uma instalação sem problemas. A Figura 8.1 mostra uma placa-mãe típica de um computador atual, e a seguir descreveremos seus principais componentes. a) Conector de energia ATX 12 volts (2 × 2 pinos) – o conector de energia de 12 V fornece principalmente energia para a CPU. Caso o conector de energia de 12 V não esteja conectado, o computador não ligará. b) Soquete do processador. c) Slots de memória (DDR3, dual channel). d) Conector principal de energia ATX (2 × 12 pinos) – com o uso do conector de energia, a fonte de alimentação pode fornecer energia estável suficiente para todos os componentes na placa-mãe. O conector de energia possui um desenho que impede a conexão de forma incorreta. Caso a fonte utilizada não proporcione energia suficiente, poderá resultar em um sistema instável ou incapaz de iniciar. e) Chipset. f) BIOS. g) Conectores SATA 6 Gb/s (SATA 3). h) Conector de ventoinha da fonte de alimentação (PWR_FAN, 3 pinos). i) Conectores SATA 3 Gb/s (SATA 2). j) Jumper limpar CMOS (CLR_CMOS) – use este jumper para limpar os valores CMOS (exemplo ¬– informação de data e configurações BIOS) e retorne os valores CMOS às predefinições de fábrica. Para limpar os valores de CMOS, coloque a capa do jumper nos dois pinos para causar curto temporário dos dois pinos ou use um objeto de metal como uma chave de fenda para tocar os dois pinos durante alguns segundos. k) Conectores do painel frontal – possuem os conectores do interruptor de energia (Power SW), botão de reinicialização (Reset SW), LED do HD (HDD Led) e LED de energia (Power Led). Opcionalmente podem ser conectados o alto-falante do sistema, o conector de intrusão no gabinete e um LED de indicação de baixo consumo de energia/stand-by. A Figura a seguir, apresenta os pinos dos conectores do painel frontal. l) Conectores USB 2.0/1.1 – cada conector pode fornecer duas portas USB,sendo cada uma composta por 4 pinos: VCC, D-, D+ e GND. A Figura seguinte apresenta os pinos do conector USB. m) Conector Trusted Platform Module (TPM). n) Conector de ventoinha do sistema (SYS_FAN2, 4 pinos) – para melhor dissipação de calor, recomenda-se que a ventoinha do sistema seja instalada dentro do gabinete. o) Conector S/PDIF de saída – este conector suporta a saída S/PDIF digital e conecta um cabo de áudio digital S/PDIF (fornecido pelas placas de expansão) para saída de áudio digital da sua placa-mãe a certas placas de expansão, como placas de vídeo e placas de som. p) Conector de áudio do painel frontal – suportam áudio de alta definição Intel (HD) e áudio AC’97, que pode ser conectado no módulo de áudio do painel frontal do gabinete. q) Slot PCI. r) Slot PCI Express x4. s) Bateria – a bateria fornece energia para manter os valores (tais como configurações BIOS, data e informação de tempo) no CMOS quando o computador é desligado. t) Slot PCI Express x1. u) Slot PCI Express x16. v) Conector de ventoinha do sistema (SYS_FAN1, 3 pinos). w) Conector de ventoinha da CPU (CPU_FAN, 4 pinos) – a placa-mãe suporta controle de velocidade da ventoinha da CPU. x) Conectores do painel traseiro – conectores dos dispositivos on-board da placa-mãe. a) Porta USB 2.0/1.1. b) Porta teclado/mouse PS/2. c) Porta paralela. d) Porta serial. e) Conector de saída S/PDIF optical. f) Porta USB 3.0/2.0. g) Porta RJ-45 LAN. h) Conector de entrada de áudio (azul). i) Conector de saída de áudio (verde). j) Conector de entrada do microfone (rosa). PRECAUÇÕES PARA INSTALAÇÃO DA PLACA MÃE Para garantir uma instalação segura da placa-mãe e evitar danos aos seus delicados circuitos eletrônicos, é importante seguir alguns procedimentos e precauções. Aqui estão algumas orientações sugeridas pelo manual do usuário da GIGABYTE (2018): - Sempre desconecte o cabo de energia da tomada antes de instalar, remover a placa-mãe ou outros componentes de hardware. - Ao conectar componentes de hardware nos conectores internos da placa-mãe, certifique-se de que estejam conectados firmemente e de maneira segura. - Ao manusear a placa-mãe, evite tocar nos condutores de metal ou conectores. - Recomenda-se o uso de uma pulseira de descarga eletrostática (ESD) ao manusear componentes eletrônicos. Se não tiver uma pulseira ESD, mantenha as mãos secas e toque em um objeto de metal primeiro para eliminar a eletricidade estática. - Antes de ligar a energia, verifique se a voltagem da fonte de alimentação está de acordo com o padrão local de voltagem. - Para evitar danos à placa-mãe, não permita que parafusos entrem em contato com os circuitos da placa-mãe ou seus componentes. - Certifique-se de não esquecer parafusos ou componentes de metal colocados na placa-mãe ou dentro do gabinete do computador. INSTALAÇÃO DA CPU Antes de iniciar a instalação da CPU, é fundamental garantir que o soquete da CPU na placa-mãe seja compatível com a CPU que será instalada. Siga os seguintes passos: a) Pressione a alavanca do soquete da CPU para baixo e para longe do soquete e, em seguida, levante completamente a alavanca do soquete da CPU com a placa metálica. Remova a tampa do soquete da CPU conforme mostrado na Figura 8.5, mantendo o dedo indicador sobre a faixa traseira da tampa do soquete e deslizando a extremidade frontal (próximo à marca "REMOVER"), retirando a tampa. Evite tocar nos contatos do soquete. Para proteger o soquete da CPU, mantenha sempre a cobertura de proteção do soquete quando a CPU não estiver instalada. b) Localize os chanfros de alinhamento no soquete de CPU na placa-mãe e as marcações na CPU, conforme a Figura c) Alinhe o pino 1 de marcação (triângulo) da CPU com o canto do pino 1 do soquete da CPU (ou alinhe as marcas da CPU com os chanfros de alinhamento do soquete) e cuidadosamente insira a CPU na sua posição d) Após inserir corretamente a CPU, utilize uma mão para segurar a alavanca do soquete e, com a outra mão, reposicione a placa metálica delicadamente. Ao reposicionar a placa de carga, certifique-se de que a extremidade frontal esteja sob o parafuso de apoio, conforme mostrado na Figura. Em seguida, empurre novamente a alavanca do soquete da CPU para a posição travada. e) Aplique uma camada uniforme e fina de pasta térmica na superfície da CPU instalada. f) Antes de instalar o cooler, repare a direção da seta no pino macho, conforme a Figura 8.9, girando o pino na direção da seta para remover o cooler, e no sentido oposto para instalar. g) Coloque o cooler em cima da CPU alinhando os quatro pinos nos orifícios da placa-mãe. Empurre os pinos diagonalmente até ouvir um “clique”. Verifique se os pinos de encaixe macho e fêmea estão bem juntos, conforme a Figura h) Após a instalação, verifique a parte traseira da placa-mãe. Caso o pino esteja inserido conforme a Figura 8.11a, a instalação está completa. Finalmente, fixe o conector de energia do cooler da CPU no conector da ventoinha da CPU (CPU_FAN) na placa-mãe, conforme a Figura EXEMPLO DE INSTALAÇÃO DA MEMÓRIA Antes de proceder à instalação de um módulo de memória, é fundamental verificar se a placa-mãe suporta o tipo específico de memória que será utilizada. É recomendável que os módulos de memória tenham a mesma capacidade, marca, velocidade e chips para garantir a compatibilidade e o desempenho adequado do sistema. Além disso, certifique-se de desligar o computador antes de instalar ou remover qualquer módulo de memória. Esta precaução é essencial para evitar danos aos componentes e garantir uma instalação segura e eficaz. Os módulos de memória são projetados com encaixes que impedem a conexão invertida e em conectores não compatíveis, como ilustrado na Figura. Se você não conseguir inserir o módulo no slot, tente trocar a direção e verifique se o módulo de memória é compatível com o slot. É importante observar que os módulos de memória DDR3 e DDR2 não são compatíveis entre si, nem com os módulos DDR. Essa incompatibilidade deve ser levada em consideração ao escolher e instalar os módulos de memória no sistema. Para instalar um módulo de memória, siga estas etapas: a) Abra os clipes de retenção localizados em ambas as extremidades do soquete de memória. Posicione o módulo de memória sobre o soquete. Com cuidado, pressione o módulo para baixo e insira-o verticalmente no soquete de memória, conforme mostrado na Figura 8.13a. b) Os clipes de retenção nas extremidades do slot se ajustarão automaticamente quando o módulo de memória estiver inserido corretamente e de forma segura, conforme ilustrado na Figura. EXEMPLO DE ENCAIXE EM GABINETE O próximo passo consiste em instalar os componentes no gabinete. Para isso, siga os seguintes passos: a) Remova os parafusos que fixam as laterais do gabinete. b) Desencaixe e remova as tampas laterais do gabinete. c) Remova a chapa traseira dos conectores padrão do gabinete, conforme a Figura e instale a chapa correta que acompanha a placa-mãe. d) Conecte os conectores do painel frontal de acordo com a especificação do manual da placa-mãe, conforme o exemplo da Figura 8.2. e) Fixe no gabinete o disco rígido (HD), os drives óticos (DVD ou Blu-ray) e o leitor de cartão, conforme a Figura f) Conecte os conectores das portas USB frontais, de acordo com a especificação do manual da placa-mãe, conforme a Figura. A conexão incorreta do conector USB frontal na placa-mãe provoca danos nos dispositivos. g) Fixe a placa-mãe no gabinete usando os parafusos ou conectores adequados. Jamais coloque a espuma antiestática (da embalagem da placas-mãe) entre a placa-mãe e o chassi metálico do gabinete, pois isso impede a correta circulação do ar e dissipação do calor. h) Conecte os cabos de energia nos drives, o conector principal da fonte ATX (24 pinos) e o conector ATX 12 V (4 pinos) nos respectivos encaixes na placa-mãe. Algumas fontes e algumas placas-mãe possuem um conector 12 V de 8 pinos.A Figura apresenta os conectores da fonte de alimentação. i) Conecte o cabo SATA no HD, DVD e Blu-ray e no respectivo conector da placa-mãe, conforme a Figura j) Conecte os conectores das ventoinhas do sistema (SYS_FAN1 e SYS_FAN2), se tiver. k) Se tiver placas de expansão, localize um slot de expansão que suporte a sua placa. Remova a tampa metálica do slot do painel traseiro do gabinete. Alinhe a placa com o slot e pressione-a para baixo até que esteja completamente assentada no slot. Certifique-se que os contatos de metal na placa estejam completamente inseridos no slot. Prenda o suporte de metal da placa ao painel traseiro do gabinete com um parafuso. Para remover a placa, pressione a trava na extremidade final da fenda para PCI Express de forma a liberar a placa e depois puxe a placa para cima a partir da fenda, conforme a Figura l) Recoloque as tampas laterais do gabinete, fixando-as com os parafusos. Observação Final: Vale salientar que a inovação tecnológica é constante e para o técnico é tão importante conhecer aparelhos antigos em que ele eventualmente trabalhará quanto conhecer as últimas novidades lançadas.