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IDENTIFICAÇÃO MANUTENÇÃO ESTRUTURA DOS MICROS PADRÃO PC AULA 01 Sobre aula 1 • Números binários e hexadecimais • Dispositivos digitais e analógicos • Circuitos integrados • Estrutura dos micros padrão PC • Micros de arquitetura aberta vs. fechada • Processadores • Co-processadores • Memória • Chipsets • Chipsets • Barramento • Reset • Clock • Slots de expansão • Interrupções • Acesso Direto à Memória • Endereços de I/O • Flat Cable • Jumpers e switches Estrutura dos micros do padrão PC PROCESSADOR • CPU: Central Processing Unit ou UCP – Unidade Central de Processamento. • Toda programação é feita através de instruções. • Todo microprocessador tem um conjunto de instruções • Toda CPU tem pelo menos duas partes básicas OU duas centrais básicas chamadas de unidades de execução: – UNIDADE DE CONTROLE – UNIDADE LÓGICO-ARITMÉTICA Unidade de controle • Coordena todas as atividades do computador. • Contém o conjunto de instruções, que é uma lista de todas as operações que a CPU é capaz de executar. • Cada instrução é acompanhada de um microcódigo – instruções bem básicas que dizem à CPU como executar a instrução. • Compatibilidade ascendente: CPUs mais novas também rodam programas feitos para CPUs mais antigas. Pode-se considerar o processador em si, como um grande conjunto que possui regras muito bem conhecidas de operação para que se obtenham determinados resultados. Unidade lógica e aritmética • Conhecida por ALU – Arithmetic Logic Unit ou ULA – Unidade Lógica e Aritmética. • Possui conjuntos especializados para somar, subtrair, multiplicar, enfim, circuitos capazes de realizar operações aritméticas e lógicas com dados representados na forma de números inteiros. Co-processador • Co-processador é um microprocessador utilizado para alguma tarefa especifica • Co-processador aritmético chamado por vezes de FPU – Floating Point Unit (Unidade de Ponto Flutuante) • A partir de 486 DX a Intel passou a embutir em todos os seus microprocessadores o co- processador matemático. Memórias • RAM (Randon Access Memory): volátil – O circuito da RAM recebe o nome de memória dinâmica • ROM (Read-Only Memory): memória apenas de leitura • Firmware: softwares armazenados na ROM – BIOS: Basic Input/Output System – POST: Power-On Self Test – Setup: Configuração BIOS Ensina o processador a trabalhar com os periféricos mais básicos do sistema, tais como os circuitos de apoio, a unidade de disquete e o vídeo em modo texto. POST • Inicializa todos os circuitos periféricos de apoio da placa-mãe • Inicializa o vídeo • Testa a memória • Testa o teclado • Carrega o sistema operacional na memória • Entrega o controle do processador ao sistema operacional SETUP Programa de configuração do hardware do computador • O processador consegue ser bem mais rápido que a RAM: – Uma saída é fazer com que o processador espere o tempo necessário para que a RAM possa receber novos dados. – A outra, mais inteligente: utilizar uma pequena quantidade de memória RAM de alto desempenho, chamada de memória estática. CACHE BARRAMENTO LOCAL -FSB • É o caminho do processador com a memória e o circuito de apoio chamado ponte norte – Barramento de dados: é por onde os dados circulam – Barramento de endereços: é por onde a informação de endereço é fornecida – Barramento de controle: informações adicionais como, por exemplo, se a operação é de leitura ou escrita. BARRAMENTO I/O • O processador comunica-se com periféricos através de outros barramentos: – Barramentos PCI/ISA CLOCK • Responsável pelo sincronismo e harmonia dentro do computador Reset • Duas maneiras de se reinicializar o micro: – Chave RESET • Efetuado por hardware – Ctrl+Alt+Del • Efetuado por software • Por esta opção algumas sub-rotinas do POST não são executadas • Em geral o POST começa a partir do passo “Carregar o sistema operacional para a memória” Memória de massa • Disquetes – 3 ½” capacidade 1.44 Mbytes • Discos rígidos – HD • CD-ROMs • Fitas magnéticas Dispositivos de Entrada e Saída • Endereços I/O – O processador comunica-se com os dispositivos de I/O através de uma área distinta e independente, chamada área de I/O. Circuitos de Apoio • Responsáveis por auxiliar o processador no gerenciamento do micro • Chipsets: ponte norte e ponte sul Controlador de Interrupçoes • Controlador de interrupções – Um pedido de interrupção é um que fazemos ao microprocessador para que ele pare de executar as tarefas que estiver executando naquele determinado momento para atender ao periférico que pediu tal interrupção Quadro de interrupções Porta IDE secundáriaIRQ15 Porta IDE primáriaIRQ14 Co-processador matemático (conectado ao chipset)IRQ13 Mouse de barramento (bus mouse, mouse PS/2)IRQ12 (Normalmente disponível)IRQ11 (Normalmente disponível)IRQ10 Interface de vídeoIRQ9 Relógio de tempo real (conectado ao chipset)IRQ8 Porta paralelaIRQ7 Unidade de disqueteIRQ6 Placa de somIRQ5 COM1 e COM3 (comunicação serial)IRQ4 COM2 e COM4 (comunicação serial)IRQ3 Conexão em cascata (conectado ao chipset)IRQ2 Teclado (conectado ao chipset)IRQ1 Temporizador da placa mãe (conectado ao chipset)IRQ0 Acesso Direto à Memória (DMA) • Acesso direto à memória (DMA) – O DMA permite a transferência de dados para a memória sem o conhecimento do processador. – O barramento PCI emprega o bus mastering, que é muito mais rápido que o DMA padrão Arquitetura aberta • Qualquer fabricante poderia desenvolver micros e periféricos desse padrão Placa mãe, slots Slots PCI chipset Slots ISA Slots para RAM Soquete para cpu Instruções x86 • x86 é o nome da parte principal do conjunto de instruções que as CPUs conseguem interpretar. • As instruções x86 são mais conhecidas pelos seus mneumônicos: – ADD – adição – MOV – mover dados para os registradores • As instruções x86 são convertidas em pequenas ordens chamadas micro- operadores (uops). x86: Assembler x86 • Mesmo assembler ainda não é compreendido pela CPU. • O barramento frontal – FSB só compreende bits. – as vias elétricas só conseguem sinalizar zeros e uns lógicos definidos por níveis de tensão. – o que corre no FSB é o que chamamos de linguagem de máquina O que ocorre no FSB A sequência B8 85 FA em hexadecimal é equivalente a um mov ax, FA85 carregar o acumulador (registrador) com o valor FA85, sendo que B8 é o código da instrução mov ax ALU • O poder das ALUs vem aumentando a cada geração, mas mesmo assim sua generalidade de uso é incapaz de oferecer boa performance para operações mais exigentes, como aquelas que envolvem dados de ponto flutuante. • Por software é possível fazer a ALU entregar os mesmos resultados de uma FPU, mas será necessário um tempo enorme de processamento FPU • 386 DX (1985) e 486 DX (1989) foram as primeiras CPUs a incorporar uma FPU • Instruções x87: instruções que operam com ponto flutuante – Exemplo: FADD é a instrução equivalente da ADD para ponto flutuante. – Normalmente x86 e x87 caminham juntas. Sobre outras unidades de execução: MMX • MMX: MultiMedia eXtensions • Desenvolvida pela INTEL • Introduzidas entre o fim de 1986 e começo de 1987. • 57 novas instruções • MMX não operam com dados do tipo ponto flutuante: são nada mais do que ALU (sem a parte lógica) anabolizadas. • Tipicamente, uma instrução MMX pode fornecer 4 resultados num único ciclo de clock: pelo menos 4 vezes mais volume do que uma instrução x86 equivalente. 3DNow! • Lançado pela AMD • Permitem o processamento de dados do tipo ponto flutuante com precisão simples sem seguir as regras do IEEE. SSE • Até o Pentium III a Intel ficou apenas com as MMX • Com o Pentium III estrelaram as ISSE (Internet Streaming SIMD Extensions) depois conhecidas como SSE • Com 70 novas instruções • Àsvezes aparece MMX+, que são as instruções MMX mais as SSE Enhanced 3DNow! • Somam 45 novas instruções: – 21 herdadas da primeira edição 3DNow! – das 24 novas: • 19 constituem as chamadas MMX+ • outras 5 funções especiais DSP (Digital Signal Processing) e úteis para soft-modens, codificação de MP3 e áudio em geral. SSE2 • Com 144 novas instruções que se somam às 70 originais • Pentium 4 foi a primeira a reconhecê-las Instruções do tipo SIMD • SIMD: Single Instruction Multiple Data • MMX, 3DNow! e SSE são todas instruções do tipo SIMD • Uma instrução faz operação em vários dados. Diagrama simplificado de um processador Unidade de PF, MMX, ISSE, 3 DNow! Unidade de Inteiros Cache L1 Dados Decodificador de Instruções Cache L2 Cache L1 Instruções BARRAMENTO FRONTAL - FSB Arquitetura de uma placa mãe soquete 7 Processo Microeletrônico • Você verá inúmeras vezes, principalmente em relação a novos processadores, referências à tecnologia empregada na construção da pastilha de silício, ou seja, à distância das trilhas que compõem a pastilha de silício, dada em mícron (μm) Pentium IV 0,25 μmPentium III (katamai) 0,18 μmPentium III (coppermine) 1μm386 Processo microeletrônico • Os elétrons chegam ao destino em menos tempo (ou seja, com maior velocidade) • Maior frequência de operação • Menos consumo de energia elétrica • Menos produção de calor • Tensão de alimentação (voltagem) menor
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