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Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador MAICON TI BOOKS June 8, 2017 Maicon Furtado Maicon TI Books para concursos v1 Organização e Arquitetura de Computadores Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 1 SAUDAÇÕES Preparado para estudar e fazer uma ótima prova de concurso público com a matéria de Organização e Arquitetura de PC? Essa Matéria e indispensável em concurso na área de Tecnologia da Informação seja nível Médio ou Superior. Elaborado de várias fontes disponíveis no mundo digital, minei os principais tópicos de concurso público baseado em questões, essa apostila com questões, irá ajudar a fixar o conteúdo na sua memória, leia e releia este conteúdo, pois a força da repetição consolida o aprendizado, fixando-o em seu subconsciente, pense na sua aprovação ,imagine , concretize primeiro na sua mente e seja grato pelo que você tem, mas não satisfeito pelo que tem. Tenha fé, mude seus hábitos de estudar e de pensar e alcance sua vitória. Lembre-se “sua vida muda, se você mudar‖. Bons estudos, sucesso e prosperidade! Deus abençoe. Em breve mais apostilas serão disponibilizadas. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 2 Sumário SAUDAÇÕES ................................................................................................................................ 1 1. ARMAZENAMENTO DE DADOS .......................................................................................... 5 BITS E BYTES .......................................................................................................................... 5 1.1 PRINCIPAIS TIPOS DE ARMAZENAMENTO DE DADOS ......................................... 6 1.1.1 ARMAZENAMENTO MAGNÉTICO .......................................................................... 6 1.1.2 ARMAZENAMENTO ÓPTICO .................................................................................. 6 1.1.3 ARMAZENAMENTO MAGNETO-ÓPTICO ............................................................. 6 1.1.4 ARMAZENAMENTO ELETRÔNICO ........................................................................ 6 1.2 DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO .......................................................................... 7 1.2.1 HARD DISK ...................................................................................................................... 7 1.2.1.1 DISCOS RÍGIDOS VIRTUAIS (base de referência Windows 7) ......................... 9 1.2.1.2 OS TIPOS DE DISCOS: ......................................................................................... 9 1.2.2 FITA MAGNÉTICA ........................................................................................................ 10 1.2.3 FLOPPY DISK ............................................................................................................... 10 1.2.4 DISCOS ÓTICOS .......................................................................................................... 11 1.2.4.2 DVD .............................................................................................................................. 12 1.2.4.3 ÁUDIO E VÍDEO ........................................................................................................ 13 O UDF (Formato Universal de Disco) .................................................................................. 14 1.2.4.4 FORMATO ISO ......................................................................................................... 14 EXTENSÕES DE VÍDEO ....................................................................................................... 14 1.2.5 DIVISÃO GEOGRÁFICA ............................................................................................. 15 1.2.6 CONCLUSÃO .................................................................................................................... 16 2 INTERRUPÇÕES E DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA ........................................ 17 2.1 ENTRADA E SAÍDA ......................................................................................................... 17 2.2 CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS .................................................................... 18 2.3 ENTRADA E SAÍDA MAPEADA NA MEMÓRIA ......................................................... 18 2.4 COMUNICAÇÃO DA CPU COM OS REGISTRADORES DO CONTROLADOR E COM OS BUFFERS DO DISPOSITIVO .............................................................................. 18 AS VANTAGENS DA E/S MAPEADA NA MEMÓRIA: .................................................. 19 DESVANTAGENS: ............................................................................................................. 19 2.5 ACESSO DIRETO A MEMORIA (DMA) ................................................................... 19 2.6 INTERRUPÇÕES REVISTADAS ............................................................................... 21 Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 3 2.7 INTERRUPÇÃO PRECISA ......................................................................................... 22 OBJETIVOS DO SOFTWARE DE E/S ................................................................................ 22 CAMADAS DE SOFTWARE DE E/S ............................................................................... 22 2.8 DRIVERS DO DISPOSITIVO ......................................................................................... 23 3 PERIFÉRICOS ......................................................................................................................... 23 3.1 PRINCIPAIS PERIFÉRICOS ...................................................................................... 23 3.2 PERIFÉRICOS DE ENTRADA-SAÍDA...................................................................... 24 TÉCNICA DE ESCALONAMENTO .................................................................................. 36 4 MEMÓRIA ................................................................................................................................. 37 4.1 TIPOS DE MEMÓRIA ...................................................................................................... 37 4.2 DISPOSITIVOS QUE POSSUEM MEMÓRIA ............................................................ 40 4.4 ESQUEMA SIMPLES DE FUNCIONAMENTO DE UMA MEMÓRIA RAM ........... 41 5 PROCESSADOR ..................................................................................................................... 42 5.1 UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA (ULA) .................................................................. 42 5.2 UNIDADE DE CONTROLE ............................................................................................. 42 6 REGISTRADORES ................................................................................................................. 44 7 BARRAMENTOS ..................................................................................................................... 46 7.1 BARRAMENTO ISA (INDUSTRY STANDARD ARCHITECTURE) ......................... 46 7.2 Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) ............................................. 47 7.2.1 Slots PCI ..................................................................................................................... 47 7.3 Barramento PCI-X (Peripheral Component Interconnect Extended) ....................... 47 7.4 BARRAMENTO AGP (ACCELERATED GRAPHICS PORT) .................................... 48 7.5 BARRAMENTO PCI EXPRESS ..................................................................................... 50 7.5.1 SLOTS PCI EXPRESS 16X (BRANCO) E 1X (PRETO) ....................................50 7.6 BARRAMENTOS AMR, CNR E ACR ............................................................................ 50 7.6.1 SLOT AMR ................................................................................................................. 50 8 OUTROS BARRAMENTOS ............................................................................................... 51 8 QUESTÕES .............................................................................................................................. 52 ..................................................................................... 52 .................................... 61 ............................................................................................................................. 71 ..................................................................................................................... 82 .................................................................................................................... 87 ............................................................................................................ 92 Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 4 ........................................................................................................... 103 ........................................................................................................ 108 “Vamos começar bons estudos você vai vencer”. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 5 1. ARMAZENAMENTO DE DADOS O armazenamento de dados é um agrupamento de arquivos considerados importantes, gravados em um local considerado seguro, de modo a proporcionar eficiência em pesquisas, operações empresariais, arquivamento de banco de dados e gerenciamento de informações referentes ao controle de acesso e monitoramento de alarmes de determinado local. Sistemas de computador dispõem de armazenamentos permanentes, que são rotulados como secundários e incluem dispositivos e mídia de armazenamento, como o drive de disco rígido e o disquete. Os dispositivos de armazenamento leem e escrevem os dados na mídia, copiando os dados da memória do computador para a mídia de armazenamento. Ao ler os dados da mídia, eles são copiados para a memória do computador. BITS E BYTES Os computadores "entendem" impulsos elétricos, positivos ou negativos, que são representados por 1 ou 0. A cada impulso elétrico damos o nome de bit (BInary digiT). Um conjunto de 8 bits reunidos como uma única unidade forma um byte. Nos computadores, representar 256 números binários é suficiente para que possamos lidar a contento com estas máquinas. Assim, os bytes possuem 8 bits. É só fazer os cálculos: como um bit representa dois tipos de valores (1 ou 0) e um byte representa 8 bits, basta fazer 2 (do bit) elevado a 8 (do byte) que é igual a 256. Os bytes representam todas as letras (maiúsculas e minúsculas), sinais de pontuação, acentos, caracteres especiais e até informações que não podemos ver, mas que servem para comandar o computador e que podem inclusive ser enviados pelo teclado ou por outro dispositivo de entrada de dados e instruções. Para que isso aconteça, os computadores utilizam uma tabela que combina números binários com símbolos: a tabela ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Nela, cada byte representa um caractere ou um sinal. A partir daí, foram criados vários termos para facilitar a compreensão humana da capacidade de armazenamento, processamento e manipulação de dados nos computadores. No que se refere aos bits e bytes, tem-se as seguintes medidas: 1 Byte = 8 bits 1 kilobyte (KB ou Kbytes) = 1024 bytes 1 megabyte (MB ou Mbytes) = 1024 kilobytes 1 gigabyte (GB ou Gbytes) = 1024 megabytes 1 terabyte (TB ou Tbytes) = 1024 gigabytes 1 petabyte (PB ou Pbytes) = 1024 terabytes 1 exabyte (EB ou Ebytes) = 1024 petabytes Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 6 1 zettabyte (ZB ou Zbytes) = 1024 exabytes 1 yottabyte (YB ou Ybytes) = 1024 zettabytes 1.1 PRINCIPAIS TIPOS DE ARMAZENAMENTO DE DADOS 1.1.1 ARMAZENAMENTO MAGNÉTICO Trata-se do formato mais comum e duradouro de tecnologia de armazenamento. Em geral, os dispositivos de armazenamento utilizam drives que se conectam ao computador para receber as informações, e podem ser removidos até a próxima utilização. É o caso dos antigos disquetes. Este tipo de dispositivo utiliza uma cabeça magnética para ler e gravar dados de um meio magnetizado. Além dos , as e o próprio do computador são exemplos de . 1.1.2 ARMAZENAMENTO ÓPTICO são considerados dispositivos de armazenamento óptico, nos quais a leitura das informações é feita por meio de um feixe laser de alta precisão projetado na superfície da mídia — esta é gravada com sulcos microscópicos, capazes de desviar o laser em diferentes direções, de modo a apresentar as informações gravadas. 1.1.3 ARMAZENAMENTO MAGNETO-ÓPTICO , são portáteis que possuem alta longevidade e capacidade de armazenamento, além de permitir acesso não linear. Como os dados armazenados são difíceis de apagar, é uma mídia mais segura. Pode ser encontrada nos formatos rewritable(regraváveis) e Write Once Read Many (WORM), com gravação única e leitura infinita.( CD-R , DVD-R) 1.1.4 ARMAZENAMENTO ELETRÔNICO Também chamado de memórias em estado sólido, o armazenamento eletrônico é composto apenas por circuitos que não precisam se movimentar para ler ou gravar informações. Esses dispositivos têm a vantagem de permitir um acesso muito mais rápido às informações. Porém, seu custo é um pouco mais elevado do que os dispositivos magnéticos. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 7 *** Existem muitos tipos de armazenamentos, a memória de um computador é organizada como uma hierarquia, na qual o método mais rápido de armazenar registradores é caro e não muito denso, e que os métodos mais lentos de armazenar informação (dvds, disco) etc. são baratos e muito densos. Registradores e memórias de acesso randômico exigem voltagem constante para reter os valores, enquanto que meios de armazenamento como cd´s e discos magnéticos , o qual é conhecido como . Este tipo de armazenamento é chamado de . Existem muitos tipos de armazenamento não-volátil, e somente alguns dos métodos mais comuns serão mostrados neste trabalho. 1.2 DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO 1.2.1 HARD DISK É um dispositivo para armazenar dados que tem grande densidade e um tempo de acesso rápido. O Hard Disk ou conhecido também como é formado por uma pilha de discos fixadas a um eixo como mostra a figura abaixo. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 8 Cada disco ou prato tem duas superfícies feitas de alumínio ou vidro. Embora os discos de vidros com dilatação menor sobre o disco de alumínio. Nos HD´s dos desktops atuais é comum se encontrar os discos de alumínio. Esses pratos são cobertos com um material magnético tal como óxido de ferro ou seja, magnético. Mas no entanto vamos entender o funcionamento dos discos rígidos melhor. Além dos discos presos ao eixo, há também as cabeças que são ligadas a um braço ou também chamado de pente. Esse se move para dentro e para fora do disco varias vezes. Uma única cabeça é usada a cada superfície, a superfície superior do primeiro prato de cima para baixo e a superfície inferior do prato de baixo quase nunca são usadas por causa da sua fácil contaminação. Para se ter uma ideia sobre o risco de perda de uma superfície preste atenção nestes números: A distância entre a cabeça e disco é de cinco nano metros. Partículas de fumaça cinza de cigarro tem dez nano metros Partículas no ar contido dentro da unidade de disco que forem maiores de 5 nano metros podem ficar entre a cabeça e o prato, resultando em uma queda da cabeça. . As cabeças lêm ou escrevem magnetizando o material magnético. Uma fato interessante é que só uma cabeça lê ou armazena a cada instante, mas porém dados são armazenados em série (paralelos). Um problema desse tipo de trabalho em paralelo é que as cabeças podem se desalinhar e sucessivamente corromper dados. Codificação de Dados Tipicamente são usada dois tipos: Manchester e a Modulação Por Frequência Modulada. (Não retorne a zero). Elas tem a função de detectar precisamente as transições entre as áreas magnéticas ao ler bem um disco (sequência de uns e zeros).. Uma superfície de disco contém varias trilhas concêntricas e setores típicos de . . Um Capacidade X Velocidade Discos com única zona podem ser calculados com seguinte fórmula: Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 9 Onde: N =>Número de Bytes por setor S =>Setores por trilha T =>Trilhas por superfície P =>Pratos vezes duas superfícies C => Capacidade total. A velocidade é controlada por três fatores : 1 Tempo de busca; seek time 2 Latência rotacional; 3 Tempo de transferência.but rate(taxa de rajada) 1.0 O tempo de busca ou seek time é o tempo para mover a cabeça para a trilha desejada. A latência rotacional ou rotational latency é o tempo para o setor desejado aparecer sob a cabeça e o tempo para transferir o setor do prato do disco quando ele já está posicionado sob a cabeça. é o tempo mais significativo para o cálculo. Geralmente é considerado para ele viajar até o meio do disco. Em discos modernos o tempo médio é de 2.0 A latência rotacional e na ordem de 4 a 8 ms. O tempo de transferência do setor é somente o tempo para uma revolução completa dividida pelo número de setores na trilha. 3.0 Um parâmetro importante relacionado ao do setor é a taxa na qual os dados saem ou entram no disco, uma vez que a operação de leitura/escrita tenha começado. A taxa de rajada é igual á velocidade do disco em revoluções por segundo vezes a capacidade por trilha. 1.2.1.1 DISCOS RÍGIDOS VIRTUAIS (base de referência Windows 7) Os discos rígidos virtuais oferecem armazenamento para uma máquina virtual. Uma máquina virtual requer no mínimo um disco rígido virtual para que um sistema operacional possa ser instalado. Ao criar uma máquina virtual, você tem a opção de criar um disco rígido virtual. Para fornecer mais armazenamento a uma máquina virtual, você poderá adicionar discos rígidos virtuais à máquina virtual enquanto a máquina virtual estiver desligada ou desativada. Cada máquina virtual pode ter um máximo de 3 discos rígidos virtuais Os discos rígidos virtuais são armazenados como arquivos .vhd, o que os torna portáteis, mas também os expõe a riscos de segurança em potencial. Por exemplo, um usuário não autorizado pode obter acesso ao arquivo e pode acessar os dados. Recomendamos que você reduza esse risco adotando precauções como o armazenamento dos arquivos .vhd em um local seguro. 1.2.1.2 OS TIPOS DE DISCOS: Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 10 Disco rígido virtual de expansão dinâmica. Esse tipo requer um mínimo de 8 MB de espaço livre na mídia de armazenamento físico. O tamanho do disco (e o arquivo .vhd) cresce à medida que o disco é usado, até o tamanho máximo especificado quando o disco foi criado. Disco rígido virtual fixo. Esse tipo requer tanto espaço de armazenamento físico quanto o tamanho especificado quando o disco foi criado. O tamanho do arquivo .vhd é igual ao tamanho do disco rígido virtual e permanece inalterado. Disco rígido virtual diferencial. Esse tipo requer uma pequena quantidade de armazenamento físico quando ele é criado e requer mais armazenamento conforme o tamanho do disco cresce. O tamanho máximo de um disco diferencial é restrito pelo tamanho máximo do seu disco rígido pai. 1.2.2 FITA MAGNÉTICA Fita magnética (ou banda magnética) é uma mídia de armazenamento não- volátil que consiste em uma fita plástica coberta de material magnetizável. A fita pode ser utilizada para registro de informações analógicas ou digitais, incluindo áudio, vídeo e dados de computador. Existem basicamente duas tecnologias de gravação em fitas magnéticas e a . A primeira utiliza uma , que grava trilhas de dados paralelas ao sentido de deslocamento da fita. A segunda , acopladas a um tambor que gira em alta velocidade, gravando trilhas de dados diagonais ao sentido da fita. A tecnologia helicoidal permite uma densidade de gravação muito maior que a longitudinal, mas impõe um severo desgaste tanto sobre a mídia quanto sobre o equipamento, por causa do atrito do tambor giratório, que chega a alcançar velocidades de . Um exemplo da tecnologia , uma fita de 4mm em cassete, introduzida pela Sony e pela Hewlett-Packard, que utiliza a mesma tecnologia da fita DAT . Em sua versão mais recente, o DDS-4, essas fitas têm capacidades nativas de 20 GB, chegando a 40 GB em modo comprimido. Por causa do desgaste mecânico, os fabricantes destas fitas garantem sua confiabilidade por apenas 2.000 passagens pela cabeça de leitura/gravação, em condições ideais. Como em uma única operação da fita normalmente provoca mais de uma passagem pelo mesmo local, os fabricantes recomendam que a mesma fita seja usada em apenas cerca de 100-150 operações de cópia — em condições ideais. A cabeça de leitura do dispositivo sofre também desgastes, e tem uma expectativa de vida de 2.000 horas de uso. A fita , uma fita de meia polegada em cartucho, patenteada pela Quantum Corporation, exemplifica a tecnologia . Na versão DLT-IV, estas fitas têm capacidades nativas de 40 BIG Mec (80 g em modo comprimido). Um mecanismo especial reduz tanto o desgaste das fitas quanto das cabeças de leitura do dispositivo. Em condições ideais, as fitas resistem a 1.000.000 de passagens, ou cerca de 10.000 operações de cópia, enquanto a expectativa de vida pode chegar a 99.000 horas. 1.2.3 FLOPPY DISK Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 11 Um disquete (ou floppy disk) contém um prato flexível de plástico coberto com material magnético como óxido de ferro. Muito embora somente um lado seja usado em uma superfície de um disquete, em muitos sistemas ambos os lados do disco são cobertos com mesmo material para prevenir que o disco se empene. O tempo de acesso é normalmente maior do que um disco rígido, porque um disco flexível não pode rodar tão rápido quanto um disco rígido. A velocidade rotacional de um mecanismo de disco flexível típico é somente e pode variar à medida que a cabeça se move de trilha para trilha para otimizar as taxas de transferências de dados. Velocidade tão lentas significam, que os tempos de acesso de disquetes sejam de 250 – 300ms, aproximadamente dez vezes mais lentos que os discos rígidos. As capacidades variam, mas normalmente ficam próximas de Disquetes são baratos porque podem ser removidos do mecanismo de leitura e por causa do seu tamanho pequeno. A cabeça entra em contato físico com o disquete, mas isto não resulta em queda de cabeça. Resulta, isto sim, no desgaste da cabeça do disquete. Por causa disso, disquetes somente rodam quando estão sendo acessados. Os primeiros disquetes eram colocados em capas finas plásticas flexíveis, originando seu nome ―Floppy‖. Atualmente os pratos flexíveis são colocados em capas plásticas rígidas. 1.2.4 DISCOS ÓTICOS Várias novas tecnologias usam ótica para armazenar e recuperar dados. Ambos, o disco compacto(compact disc – CD) e o mais novo disco versátil digital (digital versatile disc – DVD 1.2.4.1 CD O CD é a abreviação de Disco Compacto em Inglês, É compacto, pois consegue armazenar informações em um espaço bem menor do que os discos de vinil. As informações contida no cd são gravadas por traços, bem pequenos onde um feixe de laser focaliza esses traços tornado possível a leitura das informações. O cd foi introduzido em 1983 como um meio para se armazenar música. Cds têm a capacidade de armazenar 74 minutos de áudio em formato estéreo digital, o áudio é mostrado a dois x 44.000 amostras de 16 bits por segundo, o que dá uma capacidade de aproximadamente 700 MB. Desde o seu lançamento em 1983, à tecnologia de cd tzem melhorado em termos de preço, densidade e confiabilidade. De acordo com o autor do livro ―Do Eletromagnetismo à Eletrônica‖, o cd é a abreviação de Disco Compacto em Inglês, É compacto, pois consegue armazenar informações em um espaço bem menor do que os discos de vinil. No disco compacto existe uma sequência de traços com um milésimo de largura e profundidade igual a um sexto dessa largura, os traços gravados no cd possui uma medida que corresponde a cada informação. Não existe contato mecânico com esses traços a leitura é feita através de um finíssimo feixe de laser de 0,0009mm como ilustrado na figura abaixo, o feixe de laser focaliza os traços no disco e se reflete, o feixe refletido é separado do incidente e dirigido a um conjunto de detectores. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 12 Dessa forma os detectores podem ―medir‖ o comprimento dos traços, tornando possível a leitura das informações; além de manter o feixe na trilha correta. Os cds podem reproduzir qualquer sinal ―digitalizado‖, ou seja, transformando em dígitos binários. Um cd é organizado em um formato em espiral (usando velocidade linear constante). A velocidade de rotação, originalmente os mesmos 300 RPM dos disquetes, é ajustada de forma que o disco se move mais lentamente quando a cabeça de leitura está na borda do disco do que quando está no centro. 1.2.4.2 DVD O DVD (Digital Video Disc) é uma mídia de armazenamento, com capacidade muito maior que o CD e que já provou que é uma mídia de ótima qualidade para vídeos e recursos multimídia em geral. Mas, ele também possui outro grande destaque: a alta capacidade de armazenamento dados, conseguido através de técnicas inovadoras na gravação bem como na regravação. No início de seu desenvolvimento, a intenção dos fabricantes era de conseguir mercado voltado às aplicações de vídeo. Com isso, o DVD conseguiu obter sucesso rapidamente, mas enfrentou vários problemas também: os primeiros DVDs (com 4,7 GB, conhecidos por DVD-5) produzidos foram testados em vários modelos de equipamentos, de diversos fabricantes e apresentaram alguns problemas relacionados com a qualidade de vídeo bem como com os leitores das mídias. Isto foi decisivo para que o processo de fabricação dos discos fosse melhorado de forma que se obtivesse uma maior qualidade a um menor custo. Com as melhorias que estavam sendo implementada, a expectativa era de que os CDs para armazenamento de informação de vídeo fossem perdendo a força e o DVD começasse a tornar-se um padrão definitivo de armazenamento, o que realmente aconteceu. A partir disso, a procura por DVDs cresceu rapidamente e não demorou muito para que as mídias de 4,7 GB não fossem suficientes para atender às aplicações multimídia. No entanto, o DVD Fórum (grupo da indústria responsável pela normalização do DVD), já havia definido um esquema de padronização, onde seriam implantadas mídias com maior capacidade: o DVD-9 e o DVD-10. Tendo 9,4 GB, o DVD-10 (que é, na verdade, dois DVD-5 fundidos) tornou-se a solução mais simples e rápida para o mercado. O processo de fusão usado para colocar 2 discos unidos face a face não necessitou de mudanças especiais em relação à fabricação do DVD-5. Porém, o DVD- 10 tinha um problema: o disco não oferece qualquer face (lado) para que sejam colocadas identificações ou mesmo estampas decorativas, pois ambos os lados da Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 13 mídia são usados. Fora isso, a maioria dos leitores de DVDs existentes tinha somente uma cabeça de leitura ótica, o que obrigava o usuário a tirar o disco do leitor e virá-lo, para que a outra face pudesse ser lida. Esta ―falha‖ comprometeu seriamente o produto, pois nenhum usuário queria ter esse tipo de preocupação, o que fazia com que as vendas não alcançassem o patamar esperado. Como todos esses problemas, o DVD-9, até então praticamente ignorado, ressurgiu, pois ele tinha um grande diferencial: 8,5 GB de capacidade de armazenamento em um único lado do disco. Isso se tornou possível ao se fundirem 2 discos cujas faces se encontram voltadas para o mesmo lado. No entanto, esse processo é extremamente difícil, pois requer que uma camada (layer) semi-reflexiva seja fundida à outra camada reflexiva. Desta forma, o laser do leitor ótico realiza primeiro a leitura da camada mais externa do disco e então, atravessa o material fundido até chegar aos dados impressos na camada mais interna. Sendo assim, é óbvio de se imaginar que as vantagens que o DVD-9 oferece, não ocorrem com um preço baixo. Somente alguns replicadores de disco podem produzir discos em tempo adequado e a um custo razoável. O custo de produção de um DVD-9 varia de 1 à 1,50 dólar, maior que o custo de um DVD-5. Além disso, há o elevado custo de desenvolvimento das duas camadas, que é importantíssimo para uma perfeita leitura dos dados. Quando o DVD foi definitivamente apresentado ao mercado, uma grande ―família‖ de discos já existia, indo do DVD-5 até o DVD-18, cada um com capacidade de armazenamento maior (e com mais camadas) que o antecessor. Veja na tabela abaixo, os diversos formatos apresentando: TIPO FACE No de camadas Capacidade em GB DVD-5 simples 1 4,7 DVD-9 simples 2 8,5 DVD-10 dupla 1 9,4 DVD-14 dupla 1 em uma face e 2 na outra 13,2 DVD-18 dupla 2 17 1.2.4.3 ÁUDIO E VÍDEO Na parte de áudio, o DVD permite que o som digital seja gravado a uma taxa de amostragem de até 96 KHz, com resolução de 24 bits, valores muito superiores aos 44,1 KHz e os 16 bits do CD. Para se ter uma ideia da qualidade do áudio do DVD, somente em estúdios modernos de gravação, conseguia-se atingir tal capacidade. O áudio do DVD, pode ser gravado no padrão AC-3 que, em vez de usar 2 canais de som (direito e esquerdo), usa 6: esquerdo frontal, direito frontal, esquerdo traseiro, direito traseiro, central e um canal para Subwoofer (som grave). Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 14 Já na parte de vídeo, o DVD apresenta várias opções bastante interessantes: 8 opções de dublagem, 32 opções de legenda e 5 opções de formato de tela. Fora que a resolução do DVD é de 500 linhas, simplesmente o dobro da resolução do videocassete. As vantagens em relação ao K7 não param por aí: o DVD não precisa ser rebobinado, além disso, o DVD não perde a qualidade das imagens com o passar do tempo, como acontece com as fitas de vídeo. O DVD-5, conforme já foi dito, possui 4,7 GB de espaço, o que equivale a 7 CDs. Mas, como um disco com as mesmas dimensões de um CD tem 7 vezes mais capacidade do que ele? Simples, tornando os elementos de dados menores. O espaçamento entre as trilhas foi reduzido de 1,6 mícrons para 0,74 mícrons. Já o menor tamanho do dado que pode ser impresso na superfície do disco caiu de 0,83 para 0,40 mícrons. O comprimento de onda (780 nanometros) do laser dos leitores de CD ainda era grande para ler estas trilhas. Assim, os leitores de DVD utilizam um laser que usa um feixe luminoso com comprimento de onda de 640 nanometros, o que é suficientepara a leitura. Por causa dessa medida de comprimento de onda, é necessário que a camada plástica protetora do disco seja mais fina, de forma que o laser não precise atravessar um meio tão espesso para chegar ao layer de dados. O UDF (Formato Universal de Disco) É um sistema de arquivos em disco ótico adotado pela OSTA (The Optical Storage Technology Association) para uso no padrão packet writing e em outras tecnologias óticas de gravação de discos. A finalidade da tecnologia é assegurar a coerência entre os dados gravados em várias mídias ópticas, facilitando o intercâmbio de dados. 1.2.4.4 FORMATO ISO Um ISO é uma imagem de CD, DVD ou BD de um sistema de ficheiros ISO 9660. Trata-se, em outras palavras, de qualquer imagem de um disco óptico, mesmo uma imagem UDF. A maioria dos programas de gravação de CD/DVD é capaz de reconhecer e usar as imagens ISO. Isso permite a cópia de dados existentes ou a criação de novas unidades a partir de ficheiros existentes. Além disso, boa parte dos sistemas operativos permite que essas imagens ISO sejam montadas como se fossem discos físicos. O que acaba por estabelecer, de certa forma, uma espécie de formato de armazenamento universal. No entanto, ainda são raras as imagens ISO de BD (Blu-ray Disc) e, sobretudo, poucos programas suportam as imagens ISO de BD EXTENSÕES DE VÍDEO BRRip HDDVDRip DVDRip R5 DVDScr Workprint TS TC CAM Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 15 CODECS DivX DivXHD XviD MPEG-1 MPEG-2 OGM H.264 EXPORTAÇÕES VCD SVCD KVCD FORMATOS(EXTENSÕES) MKV FLV AVI MOV WMV RMVB VOB Significado de cada um https://www.tecmundo.com.br/audio/3029-voce-conhece-as-diferentes-extensoes-de-video-.htm 1.2.5 DIVISÃO GEOGRÁFICA Para permitir o controle dos lançamentos de filmes em diversos lugares do mundo em épocas diferentes, a indústria cinematográfica ―dividiu o mundo‖ em 6 regiões geográficas. Para se entender melhor, vejamos este exemplo: um filme é lançado nos cinemas dos Estados Unidos e 2 meses depois deverá ser lançado na Europa. Porém, assim que o filme estiver nas telas dos cines da Europa, estará simultaneamente disponível em DVD nos Estados Unidos. Com isso, as chances são grandes de que cópias do filme em DVD cheguem no mercado europeu, prejudicando o faturamento dos cinemas. Para resolver esse problema, foi dado aos leitores (drives) de DVD um código de região na qual ele foi vendido. Assim, o aparelho só rodará filmes que tiverem o código da região compatível com ele. Assim, os discos comprados em uma certa região, como por exemplo, no Japão, não funcionaram em leitores comprados no Brasil e vice-versa. Vale citar que se o disco não possuir nenhum código, poderá rodar em qualquer drive de DVD, em qualquer parte do mundo. Também vale dizer que, cabe ao estúdio/distribuidor dos filmes escolher quais códigos serão incluídos nos discos. Isso quer dizer que um disco pode ter mais de um código. Veja abaixo, as 6 divisões regionais existentes para o uso dos DVDs: Região Continentes/países 1 Estados Unidos e Canadá. 2 Europa, África do Sul, Oriente Médio e Japão. 3 Sudeste e leste da Ásia, incluindo Hong Kong. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 16 4 América Central e do Sul, Caribe, Austrália, Nova Zelândia e Ilhas do Pacífico. 5 Rússia, Índia, África, Coréia do Norte e Mongólia. 6 China. Já existem meios de quebrar esses códigos. Eles foram desenvolvidos por crackers que estudaram a criptografia dos códigos do DVD e desenvolveram métodos para ignorá-los. Por fim, vale citar que, assim como existem CDs regraváveis, também existem DVDs que obedecem a mesma condição. 1.2.6 CONCLUSÃO Podemos concluir que: A tecnologia de armazenamento não volátil é cada vez mais requisitada e pesquisada. Os tipos de armazenamentos partem dos princípios binários onde ora é feita a escrita, ora a leitura. Mas não podemos esquecer-nos dos codificadores e decodificadores, ou seja, os drives de disquetes, cd´s, dvd´s etc. Quanto mais densas as formas de armazenar mais elas se tornam altamente frágeis e de manipulação crítica. A arquitetura computacional não se estabelecerá sem a tecnologia do armazenamento. Memory Stick é um tipo de cartão de memória flash, para armazenamento de imagens e videos de câmeras digitais e de câmeras de video digitais da Sony. As primeiras versões vinham com 4 ou 8 megabytes. ... A Sony lançou uma versão Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 17 compacta, compatível com a comum, chamada de Memory Stick Duo 2 INTERRUPÇÕES E DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA 2.1 ENTRADA E SAÍDA Uma das funções principais de um sistema operacional é controlar todos os dispositivos de e/s de um computador, tratar erros, interceptar interrupções, fornecer uma interface entre o dispositivo e o sistema, emitir comandos para os dispositivos. Os dispositivos de entrada e saída podem ser divididos em um modo genérico como dispositivos de bloco e caractere. Um dispositivo de bloco armazena as informações em blocos de tamanho fixo, cada qual com seu endereço. Cada bloco pode ser lido ou escrito de maneira independente uns dos outros. Um dispositivo de bloco pode estar com um ponteiro em qualquer lugar e pode ser posicionado para outro cilindro. Outro dispositivo de e/s é o dispositivo de caractere. O dispositivo de caractere não utiliza estrutura de blocos nem posicionamento. No dispositivo de caractere ele recebe um fluxo de caracteres, além de não ser endereçável. Os dispositivos de e/s tem uma grande variedade, cada uma trabalha a uma velocidade, assim pressionando o sw a trabalhar com essas diferentes taxas de transferências. Os relógios não são dispositivos de blocos nem de caracteres. Os relógios só causam interrupções. Dispositivos diferentes dos discos podem ser considerados dispositivos de caracteres. Mas esse modelo de classificação não é perfeito. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 18 2.2 CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS As unidades de e/s constituem de um componente eletrônico e um mecânico. O elemento eletrônico é chamado de controlador de dispositivo ou adaptador. Nos computadores pessoais, o controlador de dispositivo aparece em forma de uma placa de circuito impresso. Nessa placa, tem um conector que pode ser plugado outros dispositivos. (Se for uma interface padrão, entre o dispositivo e o controlador), ou seja, deve ter uma interface baixa entre o controlador e um dispositivo. Preâmbulo é escrito quando um disco é formatado. Nele, contem o numero do cilindro, tamanho do setor, informações dos dados e sincronização. O trabalho do controlador de dispositivo é converter fluxo de bits em bloco de bytes, além de corrigir erros. O bloco de bytes é formado dentro do controlador. Após converter em blocos de bytes, é somado e checado, se o bloco estiver com a soma correta e sem erros ele é copiado para a memória principal. 2.3 ENTRADA E SAÍDA MAPEADA NA MEMÓRIA ● Cada controlador de dispositivo tem seus registradores. Esses registradores são usados para comunicar com a CPU. Por meio da escrita nesses registradores do controlador de dispositivo, o S.O pode comandar o dispositivo para aceitar, executar, desligar. ● A partir da escrita nesses registradores, o S.O pode saber o estado de um dispositivo, se ele está apto a receber um novo comando, etc. Além dos registradores, os dispositivos têm buffers, no qual o S.O lê e escreve. 2.4 COMUNICAÇÃO DA CPU COM OS REGISTRADORES DO CONTROLADOR E COM OSBUFFERS DO DISPOSITIVO Há duas possibilidades: 1. Cada registrador é associado a um numero de porta de e/s. Usando uma instrução, a CPU pode ler o registrador do controlador e armazenar o resultado no seu registrador. A mesma pode escrever o conteúdo do registrador da CPU para o registrador de controle. 2. Visa mapear todos os registradores de controle no espaço de endereçamento. Quando a CPU quer ler uma palavra, ou da memória, ou da e/s, a CPU coloca o endereço que precisa nas linhas do barramento. Um segundo sinal é emitido, ele informa se o espaço requisitado é da memória, ou da e/s. ● Se o espaço requisitado é da memória, a memória responderá a requisição, se for da e/s o dispositivo e/s responderá. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 19 ● Se existe somente um espaço, cada módulo de memória e cada dispositivo de e/s compara as linhas de endereço associado a cada dispositivo de e/s, compara as linhas do endereço com a faixa de endereço associada a cada um. Se os endereços estão dentro da faixa, esse componente responde a requisição. AS VANTAGENS DA E/S MAPEADA NA MEMÓRIA: ● Primeiro: Quando são necessárias instruções especiais de e/s para ler ou escrever nos registradores dos dispositivos, requer código em assembly, pois não tem nenhum modo de executar uma instrução. Assim, com e/s mapeada na memoria, um driver do dispositivo pode ser escrito em C. ● Em segundo lugar, Não é preciso qualquer mecanismo de proteção para impedir que os processos dos usuários executem e/s. Tudo que o S.O faz é deixar de mapear aquela porção do espaço de endereçamento associada aos registradores de controle no espaço de endereçamento virtual do usuário. ● Em terceiro lugar, Na memoria, cada instrução capaz de referenciar a memoria, pode também referenciar os registradores de controle. DESVANTAGENS: ● A maioria dos computadores atuais usa alguma forma de cache para as palavras de memória. O uso de cache para registradores de controle seria desastroso. O HW deve ser equipado com a capacidade de desabilitar a cache. ● Em segundo lugar, se existe somente um espaço de endereçamento, todos os módulos de memoria e todos os dispositivos devem examinar as referencias de memoria, para verificar quais delas devem ser respondidas por cada um. Se tiver somente um barramento, cada componente pode olhar para cada endereço diretamente. Quando se tem um barramento de memoria separado em máquinas mapeadas na memória, surge a preocupação que os dispositivos não têm como enxergar os endereços de memoria quando estes são lançados no barramento da memoria, de modo que estas não tenham como responder. Uma Solução pode ser enviar todas as referencias de memória para a memória, se a memória falhar para responder, então a CPU tenta outros barramentos. Uma segunda solução poderia colocar um dispositivo de escuta no barramento da memoria para repassar aos dispositivos de e/s podem não serem capazes de processar as requisições na velocidade da memoria. Já um terceiro método consiste em filtrar os endereços no chip da ponte PCI. 2.5 ACESSO DIRETO A MEMORIA (DMA) . O DMA é uma característica dos computadores mais modernos que possibilita que Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 20 determinados subsistemas de hardware dentro do computador O DMA é um recurso da placa mãe que capacita os periféricos a terem acesso direto à memória RAM, sem sobrecarregarem o processador. Com o DMA, as transferências de dados ocorrem sem a intervenção da CPU por cada byte que é transferido. Desta forma, a transferência de dados ocorre de forma muito mais rápida. Muitos sistemas de hardware usam o processo DMA, incluindo controladores de disco, placas de vídeo, placas de rede e placas de som. Este método de transferência de dados ocorre em canais específicos de DMA. Existem 8 canais de DMA, que estão numerados de 0 a 7. Nos canais de 0 a 3 as transferências ocorrem a 8 bits, e estes canais pretendem garantir a compatibilidade com periféricos mais antigos. Nos restantes canais, as transferências são feitas a 16 bits. Não importa se a CPU tem ou não E/S mapeada na memoria, ela precisa endereçar os controladores dos dispositivos para poder trocar dados com eles. A CPU pode requisitar dados de um controlador de E/S, um byte de cada vez, mas desperdiça muito tempo, de modo que um esquema diferente (DMA) seja usado. Um S.O pode utilizar um DMA somente se o hardware tem o controlador de DMA. O controlador de DMA tem acesso ao barramento do sistema. Eles contem vários registradores que podem ser lidos ou escritos na CPU, os quais possuem registrador de endereço de memoria, registrador de controle e registrador de contador de bytes. O controlador lê um bloco do dispositivo, bit a bit, até que todo bloco esteja no buffer do controlador. Em seguida, ele calcula a soma de verificação, para constatar de que não houve algum erro de leitura. Então, o controlador causa uma interrupção. Quando o S.O inicia o atendimento, ele pode ler o bloco do disco a partir do buffer do controlador. Um bloco de byte ou uma palavra é lida no registrador do controlador e armazenada na memoria principal. ● Quando o DMA é usado, o procedimento é diferente. A CPU programa o controlador do DMA, inserindo valores em seus registradores, de modo que ele saiba que tem algo para transferir e para onde transferir. ● Ele emite um comando para o controlador de disco, ordenando carregar os dados do disco para seu buffer interno e então verificar a soma de verificação. Quando os dados que estão no buffer do controlador são validos, o DMA pode começar. ● O controlador do DMA inicia a transferência emitindo pelo barramento uma requisição de leitura para o controlador de disco. Normalmente, o endereço de memoria, para onde escrever, está nas linhas de endereço do barramento, de Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 21 modo que quando o controlador de disco busca a próxima palavra do seu buffer interno ela sabe onde escrever. A escrita na memória é outro ciclo de barramento. Quando a escrita está completa, o controlador de disco emite um sinal de confirmação para o controlador, também pelo barramento. O controlador de DMA incrementa o endereço de memoria e diminui o contador de bytes. Se o contador é maior que O, os passos são repetidos até que ele se torne 0. Nesse momento, o controlador de DMA interrompe a CPU para deixa-la ciente de que a transferência está completa. Quando o S.O inicia o atendimento da interrupção, ele não precisa copiar o bloco de disco para a memoria, pois ele já está lá. Muitos barramentos podem operar em dois modos: modo palavra e modo bloco. Alguns controladores de DMA também são capazes de operar em outro modo. No , operação funciona como descrita anteriormente, o controlador de DMA solicita a transferência de uma palavra e consegue. Se a CPU também quer o barramento, ela tem que esperar. O mecanismo é chamado de pois o controlador de dispositivo rouba da CPU um ciclo do barramento, a cada vez alternando. No , o controlador do DMA diz ao dispositivo para obter o barramento, emite uma serie de transferências e então libera o barramento. Esse modo de operação é chamado de . Este é mais eficiente que o anterior, pois varias palavras podem ser transferidas com uma aquisição do barramento. A única desvantagem do modo surto é que ele pode bloquear a CPU e outros dispositivos por um período grande de tempo, caso um longo surto tenha de ser transferido. Modo Direto, o controlador de DMA diz para o controlador de o dispositivo transferir dados diretamente paraa memoria principal. Um modo alternativo, que alguns DMAs usam estabelece que o controlador de dispositivo deve enviar uma palavra para o controlador de DMA, que por sua vez requisita o barramento para escrever a palavra para qualquer que seja seu destino. As maiorias dos controladores de DMA usam endereçamento de memoria física para suas transferências. O uso de endereços de memoria física requer que S.O converta o endereço virtual do buffer de memoria em um endereço físico. Então o controlador de DMA deve usar a unidade de gerenciamento da memoria (MMU) para fazer essa tradução. Somente no caso em que a MMU é parte da memoria, e não da CPU, os endereços virtuais são colocados no barramento. Nem todos os computadores usam DMA, pois se argumenta que a CPU é muito mais veloz que o controlador de DMA e pode fazer o trabalho muito mais rápido. 2.6 INTERRUPÇÕES REVISTADAS Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 22 Em hardware, as interrupções trabalham: quando um dispositivo de e/s finaliza seu trabalho, ele gera uma interrupção (se estiverem habilitadas). Ele envia um sinal pela linha do barramento a qual está associado. O sinal é detectado pelo chip, controlador de interrupção localizado na placa mãe, o qual decide o que fazer. Se nenhuma outra interrupção está pendente, o controlador de interrupção processa a interrupção imediatamente. Se outra interrupção está em tratamento, ou outro dispositivo fez uma requisição com maior prioridade, o dispositivo é ignorado. Ele continua a gerar interrupção no barramento até ser atendido. Para tratar a interrupção, o controlador coloca um numero nas linhas de endereço, citando qual dispositivo deve observar e passa a interrupção para a CPU. O sinal de interrupção faz com que a CPU pare aquilo que esta fazendo e inicie outras atividades. Os números colocados na linha de endereçamento são usados como índice no vetor de interrupção. Esse vetor aponta para uma rotina de tratamento de interrupção. 2.7 INTERRUPÇÃO PRECISA Uma Interrupção que deixa a máquina num estado bem definido. Propriedades: PC é salvo em um lugar conhecido. Todas as instruções anteriores a apontadas pela CPU foram executadas. Nenhuma instrução posterior a apontada pela CPU foram executadas. O estado da instrução apontada pelo PC é conhecido Uma instrução que não atende a estes requisitos são chamadas de interrupções Imprecisas. OBJETIVOS DO SOFTWARE DE E/S ● Independência do dispositivo: Propõe que deveria ser possível escrever programas aptos a acessar qualquer dispositivo. Relacionado a isso, está a nomeação uniforme. O nome de um arquivo ou dispositivo deve ser uma cadeia de caracteres ou números inteiros independentes do dispositivo. Tratamento de erros. Os erros deveriam ser tratados e mais perto possível do hardware. ● Orientada a Interrupções: Quando a impressora imprime um caractere e está preparado para aceitar o próximo caractere, ela gera uma interrupção. Esta interrupção da impressora é executada. Se não existem mais caracteres para imprimir, o tratador de interrupções executa alguma ação para desbloquear o usuário solicitante. Ou, ele envia o caractere seguinte, confirma a interrupção e retorna para o processo que parou E/S usando DMA. ● DESVANTAGEM: É a ocorrência de interrupções para cada caractere. Desperdiçando tempo de CPU. Uma solução é usar DMA. CAMADAS DE SOFTWARE DE E/S O software de E/s é dividido em 4 camadas. Cada camada tem uma função bem definida para executar e uma interface para as camadas. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 23 2.8 DRIVERS DO DISPOSITIVO Cada controlador tem alguns registradores do dispositivo, utilizado para dar comandos. O número de registradores do dispositivo e a natureza dos comandos variam de dispositivos para dispositivos. EX: um driver de mouse deve aceitar informações do mouse dizendo o quanto se moveu e qual botão foi pressionado. Em contra partida, o driver do disco deve saber sobre o setor, trilhas, cilindros e cabeçotes. Obviamente esses drivers serão muito diferentes. Como consequência, cada dispositivo de e/s ligado ao computador precisa de algum código especifico do dispositivo para controlá-lo. Esse código, chamado de driver do dispositivo, é em geral escrito pelo fabricante do dispositivo, juntamente com o dispositivo, visto que cada sistema operacional precisa de seus próprios drivers dos dispositivos, os fabricantes fornecem drivers para os sistemas operacionais mais populares. Cada driver de dispositivo normalmente trata um tipo de dispositivo. Para acessar o hardware do dispositivo, o driver deve ser parte do S.O. Os S.O geralmente classificam os drivers em categoria , os quais contem vários blocos de dados que podem ser endereçados independentemente e os , os quais geram ou aceitam um fluxo de caracteres. Referências bibliográficas ● Sistemas Operacionais Modernos 3º Edição – Andrew S. Tanenbaum Edição: 3º. Autor: Andrew S. Tanenbaum. Editora: Prentice Hall 3 PERIFÉRICOS 3.1 PRINCIPAIS PERIFÉRICOS Os periféricos são dispositivos instalados junto ao computador, cuja a função é auxiliar na comunicação homem/máquina. Estes dispositivos poderão estar na periferia (em torno) do computador ou dentro do próprio gabinete. O gabinete é uma caixa metálica na horizontal ou vertical, que tem a função de servir como suporte à placa- mãe, drives de comutação e outros dispositivos eletrônicos. Nele são conectados os periféricos. Geralmente, os gabinetes dos PC's possuem chaves de comutação: ● I/O ou On/Off - sua função é ligar ou desligar o computador. ● Reset - este botão corta momentaneamente a alimentação elétrica fornecida à memória RAM, forçando a reinicialização do Sistema Operacional. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 24 ● Turbo - tem a função de acelerar ou desacelerar a velocidade de processamento do computador. Nos computadores atuais esta chave caiu em desuso devido a existência de um único modo de funcionamento. 3.2 PERIFÉRICOS DE ENTRADA-SAÍDA O usuário ao utilizar o computador, precisa de meios que permitam a entrada de desejados e a consequente saída. Para isso existem os periféricos de entrada e saída. O periférico de entrada mais comum é o teclado, e o de saída é o monitor de vídeo do computador. No caso dos periféricos de entrada, além do teclado existem vários outros meios que permitem a entrada dos dados, alguns deles são: ● A voz está sendo usada como dispositivo de entrada, mas devido a grande variedade de padrões de voz dos seres humanos, é difícil o desenvolvimento nesta área. O monitor de vídeo é um dispositivo de saída temporário pois caso a energia seja interrompida as informações que estavam na tela serão perdidas, desta forma para que haja uma fonte de consulta permanente é preciso recorrer a outros periféricos de saída existentes, como por exemplo: ● Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 25 3.2.1 FITAS MAGNÉTICAS São encontradas dois tipos: de rolo (Open Reel Tape) e as cassete (Data Cassete). As fitas de rolo são normalmente utilizadas em computadores de grande porte. Também são utilizadas para cópias de segurança de arquivos. Como desvantagem apresenta certa lentidão operacional e somente permitem leitura sequencial. As fitas cassete, utilizadas em computadores pequenos e de tecnologia antiga, apresentam as mesmas desvantagens das fitas de rolo, e geralmente apresentam erros de leitura após alguns dias de sua gravação ou mesmo se lida em um drive diferente. Foram substituídaspelos discos flexíveis e estes estão sendo substituídos por discos zip. A tendência é a substituição de "leitura/gravação magnética" para "leitura/gravação ótica" como encontrados nos compact disks de leitura/escrita. 3.2.2 CANETA ÓPTICA Possui o formato de uma caneta comum, mas em sua extremidade possui um sinal luminoso, capaz de interpreta diferenças entre o preto e o branco, como usado em código de barras. 3.2.3 TECLADO O teclado é utilizado para entrada de caracteres que são interpretados no programa e executados no computador. A família dos PCs possui um teclado padrão conhecido como enhanced, com 101 teclas. Principais teclas utilizadas: ● DEL/DELETE - possui a função de apagar os dados selecionados no computador ● SHIFT - possui função de fixar os caracteres em letra maiúscula, e obter alguns caracteres posicionados na parte superior das teclas ● INS/INSERT - sua função é ativar o modo de inserção de texto e, quando este já estiver ativado, desativá-lo. Assim qualquer caractere digitado é inserido onde estiver o ponto de inserção dentro do texto. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 26 ● CRTL - esta tecla gera comandos especiais quando utilizada em conjunto com outra tecla. Esses comandos dependem do comando em uso. ● CAPS LOCK - quando ativado, qualquer caractere será interpretado como maiúsculo, valido somente para teclas alfabéticas. Precionando a tecla novamente o comando será desativado. ● ESC - geralmente usada para abandonar um programa ou um procedimento, causado por acidente. ● TAB - usado em programas editores de texto com a função de avançar a tabulação do texto. ● ALT - permite o uso extra de algumas teclas. É inativa. ● ENTER - as teclas ENTER e RETURN possuem funções idênticas, confirmando a entrada de dados no computador. ● BACKSPACE - retrocede o cursor, apagando o caractere imediatamente à esquerda do mesmo. ● HOME - refere-se a um deslocamento do cursor, levando-o ao início de algo. ● END - o inverso de HOME ● PAGE UP - desloca o cursor uma tela acima ● PAGE DOWN - desloca o cursor uma tela a baixo ● SETAS - desloca o cursor no sentido indicado 3.2.4 MOUSE O mouse é um dispositivo de entrada do computador com botões de controle (geralmente dois ou três). É movido com a mão sobre uma superfície plana Possui um cursor que se movimenta pela tela do computador, acompanhando o movimento da mão do usuário. SCANNERS Convertem imagens, figuras, fotos, para um código de um programa específico, dando condições de transportar a imagem para a tela do computador e ainda para imprimir. Temos três tipos de scanners: 1. Scanners alimentados por folhas: tem rolamentos mecânicos que movem o papel pela cabeça de varredura. Possui uma precisão, mas trabalha apenas com papel de tamanho normal. 2. Scanner manual: a cabeça de varredura é movida pela mão. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 27 3. Scanner de mesa: o mais caro, tem o seu funcionamento semelhante a de uma máquina fotocopiadora. 3.2.5 SISTEMAS DE VÍDEO O sistema de vídeo é a parte mais importante do computador, pelo fato de que é o componente que mais interage com o usuário. E ele se divide em duas partes: um adaptador de vídeo (placa de vídeo) e um monitor. a) Placa de vídeo: Utilizada para obter uma boa qualidade gráfica. Terminologia: Pixels: pixel é o menor elemento da imagem. É portanto, a menor área da tela cuja cor e brilho podem ser controlados; Resolução da Tela: a resolução define a nitidez da imagem em uma tela em função do número de pixels; Resolução de Caractere: um caractere é apresentado em um determinado modo de texto, o que significa que é feita a iluminação de determinados pixels dentro de áreas destes caracteres; Razão de Imagem: a razão de imagem é uma relação entre largura e altura da tela; Resolução em Pixels: o número de pixels pode ser calculado dividindo-se a dimensão da tela pelo passo dos pontos; Modos de Vídeo: os monitores de vídeo são capazes de operar em diversos modos de vídeo, sendo que cada um possui uma relação específica; ● Modo Gráfico: para poder transmitir linhas, círculos ou desenhos, o adaptador de vídeo tem que endereçar e controlar cada pixel em cada linha horizontal; ● Modo Alfa – Numérico: é o modo texto. O adaptador de vídeo tem que endereçar o conjunto de linhas necessárias para formar um caractere de texto. Por exemplo: se a resolução é 720 x 400 pixels e o box do caractere (área) é uma matriz de 9 x 16, então o formato do texto é 80 caracteres por linhas de texto e 25 linhas por tela; Existem diversos padrões de monitor de vídeo, conforme sua resolução gráfica. Os modos de vídeo mais comuns são: Siglas: ● CGC: Color Graphics Adapter ● EGA: Enhanced Graphics Adapter ● MCGA: Padrão Específico de Fabricante Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 28 ● VGA:Video Graphics Array ● MDA: Adaptador de Vídeo Monocromático ● 8514/A:Micro Channel Architecture ● 8515/A: IBM ● PCG:Professional Graphics Controller Os padrões mais utilizados são: ● VGA - possui umas resolução de 640 pontos horizontais por 480 linhas. ● SVGA - pode chegar a uma resolução de 1024 por 768 pontos. Varredura: a tela é percorrida da esquerda para a direita e de cima para baixo, perfazendo a seguinte contagem de pixels por tela. (80 colunas, 25 linhas); Frequência Horizontal: durante cada período de varredura, o feixe de elétrons tem que fazer várias centenas de passagens horizontais pela tela; Principais Valores de frequência horizontal: ● MDA: 18,43 Hz ● CGA: 15,70 Hz ● EGA: 15,70 Hz ● VGA: 31,46 Hz Frequência Vertical: em TV, a frequência é de 60Hz. No monitor de vídeo, a frequência vertical dependerá do modo de vídeo, conforme analisamos no link anterior; Principais Valores da Frequência Vertical ● MDA: 50,08 Hz ● CGA: 59,92 Hz ● EGA: 60,03 Hz ● VGA: 70,08 Hz Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 29 b) Monitores de vídeo Onde são mostradas as informações, permitindo a comunicação direta do usuário com o sistema do computador. Encontramos monitores de vídeo do tipo: ● Monocromático: utiliza apenas uma cor no fundo preto, branco ou âmbar. ● Policromáticos: apresentam diferentes resoluções gráficas e cores. Isto acontece devido ao números de pontos ou Pixels (Picture Elements) que contém a tela. Hoje podemos encontrar também telas de cristal líquido, utilizadas em lap tops, também conhecidos como notebooks, computadores pessoais que podem ser transportados a qualquer lugar, funcionando através de uma bateria, sem exigir eletricidades para serem ligados. 3.2.6 IMPRESSORA Dispositivo de saída utilizado para emissão de listagens de dados ou fontes de programas. As impressoras são classificadas, quanto a forma de comunicação, como Seriais ou Paralelas, e a tecnologia de impressão pode ser Laser, Jato de Tinta, Matriciais de Impacto, entre outras. É através dela que os dados são fixados no papel, é sem dúvida a mais importante saída de dados. Existem vários tipos de impressoras, tanto de baixa velocidade como de alta velocidade. Algumas possuem definição melhor que a outra, algumas imprimem em preto e branco e outras, colorido. Alguns tipos mais comuns de impressoras são: ● Matriciais: semelhante à máquina de escrever, ela é muito útil onde se faz necessário a impressão de formulários de várias vias. A cabeça de impressão de uma matricial possui de 9 a 48 agulhas, também chamadas pinos de impressão alinhadas verticalmente. Essas cabeçasmovimentam-se em direção ao papel e tocam uma fita de tinta que projeta o caractere no papel. Ou seja, o papel é Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 30 puxado através de um rolo e as letras são formadas quando agulhas batem com impacto na em cima do papel. ● Jato de tinta: As Impressoras a Jato de Tinta possuem resolução muito boa (tão boa quanto a impressão de uma Laser) mas se assemelha a uma matricial: ambas possuem cabeças de impressão que percorrem toda a extensão da página, colocando uma linha de texto completa a cada passada. Esse movimento mecânico coloca as impressoras a Jato de Tinta na mesma classe das matriciais, em termos de velocidade, porém elas depositam tinta em pontos bem menores que as de impacto. O preço das impressoras a jato de tinta geralmente fica próximo das matriciais e são perfeitas em termos de custo, velocidade e qualidade. A grande diferença entre as impressoras a jato de tinta e suas duas primas está na cabeça de impressão. Utilizando uma tecnologia especial a impressora Jato de Tinta espalha pequenas gotas de tinta no papel. Ou seja, através de uma placa refletora as gotas de tinta caem no papel de acordo com a configuração desejada. Impressora Jato de tinta ● Laser: A Impressora Laser tem como ancestral a máquina fotocopiadora, pois usa um módulo de impressão que usa o mesmo pó negro das máquinas xerox (cartucho de toner). Apesar disso, as impressoras laser apresentam o mais alto grau de tecnologia de impressão, incluindo o tratamento de imagens por laser, a movimentação precisa do papel e um microprocessador que controla todas essas tarefas. A impressão laser possui altíssima qualidade gráfica e funciona realizando os seguintes processos: ela interpreta os sinais vindos do computador, convertendo tais sinais em instruções que controlam o movimento do feixe de laser; movimenta o papel e vai polarizando-o com o laser o papel de forma que ele atraia o toner negro que irá compor a imagem e fundir o toner já polarizado no papel. O resultado é uma impressão excelente. A Impressora Laser não só produz cópias mais rapidamente que a impressora matricial, como as páginas são também mais fielmente detalhadas que as produzidas em matriciais. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 31 3.2.7 PLOTTER É um dispositivo mecânico usado para impressão de gráficos em folhas de papel. A dimensão do papel varia de acordo com o modelo, cobrindo desde o tamanho A0 até A4 geralmente utilizados em projetos de engenharia e outros. O mercado oferece os modelos que utilizam penas, tecnologias a jato de tinta, laser ou eletrostáticas para gerar a imagem no papel. 3.2.8 DISCO FLEXÍVEL Também conhecido como floppy disk, é uma lâmina fina de material plástico, em formato circular, e que , tal qual as fitas cassetes comuns, é recoberta por uma camada de óxido de ferro com capacidade para armazenar campos magnéticos e protegida por uma capa fibrosa. A gravação desses discos é feita de maneira aleatória, de acordo com os espaços neles disponíveis. Já a leitura é feita de forma direta, isto é, o cabeçote de leitura vai direto ao dado desejado, sem ter que passar pelos outros dados. Existe um índice (diretório) em uma trilha específica, para localizar o início de cada grupo de dados (arquivos) e o endereço de cada registro dentro deste grupo de dados, que se deseja acessar. Os disquetes são denominados de memórias auxiliares (externa ou secundária). O equipamento utilizado para que possamos ler ou gravar um disquetes é o Disk Drive ou acionador de disquetes que contém o cabeçote de leitura e gravação. As leitoras de disquetes podemos ser classificadas de acordo com seus tamanhos (por exemplo, driver de 5 1/4(polegadas) e Driver 3 1/2 (polegadas). Abaixo alguns tipos de disquetes: Disquete Medida Capacidad e FDD 5 1/4" 360 Kb HDD 5 1/4" 1,2 Mb Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 32 FDD 3 1/2" 720 Kb HDD 3 1/2" 1,44 Mb FDD = Dupla Face e Dupla Densidade HDD = Dupla Face e Alta Densidade Kb = 1024 bytes Mb = 1.048.576 bytes 3.2.9 DISCO RÍGIDO Os discos rígidos (winchester ou hard disks HD) são semelhantes aos floppy disks, diferenciando na concepção. É composto por uma chapa fina de alumínio com um revestimento de uma substância (óxido magnético), que é capaz de ser magnetizada, armazenando assim os dados. Ficam dentro de uma caixa metálica hermeticamente fechada. Eles têm a velocidade, a capacidade de armazenamento ou a taxa de transferência de dados muito superior aos disquetes (floppy disks). Giram em torno de 160 km/h e enquanto a máquina está ligada, a velocidade é de cerca 5.000 rotações por minuto. Ao contrário dos disquetes, o Hard Disk fica armazenado dentro de sua exclusiva unidade de acesso (Hard Disk Drive – HDD), tendo uma cabeça de leitura e gravação voltada para cada face do disco. Um HDD tem como estrutura um braço de controle (posiciona os cabeçotes), cabeçotes de acesso e superfície dos discos (local de acesso) (Ver Fig. 1). Tanto os discos rígidos como os flexíveis se dividem em duas partes, em trilhas e setores. Cada disco apresenta no mínimo 300 trilhas. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 33 Fig. 1 - Diagrama de um disco rígido O cilindro (Fig. 2) é considerado um conjunto completo de trilhas. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 34 Fig. 2 - Cilindro de um HD O braço de controle posiciona todos os cabeçotes de acesso, de uma só vez, os quais acessam vários discos ao mesmo tempo, procurando as trilhas que contem os dados a serem acessados. Nesse momento permanecem girando, enquanto a cabeça de leitura desloca-se radialmente em relação ao centro do disco. No momento em que localiza a trilha procurada, a cabeça de leitura passa a ler ou escrever dados, permanecendo imóvel, enquanto os discos continuam girando. Sua formatação é basicamente idêntica aos dos disquetes – trilhas e setores. As trilhas são em número relacionados com o tipo de disco utilizado. A contagem é feita de fora para dentro (o cilindro zero é o externo e o cilindro de numeração mais elevada encontra- se no diâmetro interno do disco. Os setores são subdivisões das trilhas. Como se observa na Fig. 3, a superfície de cada disco é dividida em 17 setores. Alguns setores são sempre reservados, durante a formatação de setores, para programas e índices especiais usados pelo DOS, para seus controles: 1. Setores de Registro BOOT – execução automática de um conjunto de instruções responsáveis, principalmente, pela ―carga‖ de inicialização do sistema operacional; 2. Setores de Armazenamento da FAT – contem informações oficiais sobre o formato do disco e o mapa de localização dos arquivos; Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 35 3. Setores de Área de Diretório – tabela relacionando todos os arquivos gravados no disco e suas respectivas posição na FAT, bem como a data, hora de criação do arquivo e seu tamanho; 4. Setores de Área de Dados – são os setores do disco onde estão gravados os dados. Fig. 3 Trilhas e setores Características Técnicas Razão de Transferência de Dados: É a quantidade de dados que pode ser transferida do disco para o controlador em um segundo. Ex: 5 mbps (megabyte por segundo). Tempo de Acesso: É o tempo da procura, ou seja, o tempo gasto na movimentação da cabeça. Capacidade de Armazenamento: Trata- se da quantidade máxima de dados que podem ser armazenadosno disco. Atualmente está em torno de Gigabytes Altura do Disco: Refere- se à altura do disco, que foi padronizado em 3 tipos: meia altura, altura total ou terceira altura. Fator de Forma: Este parâmetro refere- se à dimensão do disco: pratos de 5 ¼ ou 3 ½ polegadas. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 36 TÉCNICA DE ESCALONAMENTO A política de escalonamento dos acessos a discos rígidos tem um impacto importante no throughput de um sistema (número de bytes lidos ou escritos no disco por segundo). Algumas políticas bem conhecidas são: First Come, First Served (FCFS): os pedidos são atendidos na ordem em que são gerados pelas tarefas; sua implementação é simples, mas não oferece um bom desempenho; Shortest Seek-Time First (SSTF): os acessos a disco são ordenados conforme sua distância relativa: primeiro são atendidos os pedidos mais próximos à posição atual da cabeça de leitura do disco. Circular Scan (CSCAN): os pedidos são atendidos sempre em ordem crescente de suas posições no disco; após tratar o pedido com a maior posição, a cabeça do disco retorna ao próximo pedido com a menor posição no disco. SCAN (algoritmo do elevador): Atende requisições em uma direção preferencial, ao atingir os cilindros mais interno ou mais externos, ele apenas muda de direção e continua a varredura. C-SCAN: Idem ao SCAN, porém as requisições são atendidas apenas em um sentido, ou seja, ao final do varredura, o cabeçote é posicionado no inicio do disco. Operação de SPOOLING Uma operação muito comum em processamento de dados é o spooling que consiste em armazenar dados em um dispositivo, geralmente em disco ou fita magnética, chamado de spool. Ele serve para reter dados durante um determinado tempo para que os mesmos sejam usados, posteriormente, pela CPU ou por um periférico qualquer de saída. O objetivo de spooling é o de liberar, o quanto antes, as unidades que estiverem tentando enviar dados a uma outra unidade que se encontra ocupada ou é lenta demais para acompanhar a transferência em tempo real. Como exemplo: as informações resultantes de um processamento qualquer vão ser impressas. Como o processador é muitíssimo mais rápido que o dispositivo de saída (impressora), usa- se a operação de spooling, assim os dados serão armazenados para posterior impressão. As operações de spooling só podem ser feitas: 1. a partir dos dispositivos de armazenamento para os de saída; 2. a partir dos dispositivos de armazenamento para os de processos; 3. a partir dos dispositivos de processo para os de armazenamento ou de saída; 4. a partir dos dispositivos de entrada para os de armazenamento ou de processo. Periféricos de comunicação Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 37 3.2.10 PLACA CONTROLADORA A placa controladora fornece uma interface entre a CPU e o HARDWARE de fato de . Todos os subsistemas de entrada e saída possuem circuitos especializados de controle. 3.2.11 MODEM Responsável pela transmissão de informações a longas distâncias, ele converte os sinais digitais do computador em sinais análogos para a transmissão dos dados no sistema telefônico. Um modem é um dispositivo de hardware que permite a conexão de dois computadores por meio de linhas telefônicas. Primeiro, o modem do computador emissor modula os sinais digitais do computador em sinais analógicos que viajam pelas linhas telefônicas. Depois, o modem do computador receptor de modula o sinal analógico de volta para sinal digital que os computadores compreendem. 3.2.12 PLACAS DE REDE Devido a transmissão e o recebimento de dados através das redes de computadores podemos considerá-la como um , de comunicação e também de armazenamento de dados. Através de placas de rede (por exemplo, Ethernet) conectadas internamente nos computadores usuários podem receber/enviar, compartilhar e armazenar informações utilizando redes locais (Intranet) ou a rede mundial (Internet). O acesso a rede mundial também pode ser feito com uma placa de fax/modem (externa ou interna) conectada a um computador doméstico e a uma linha telefônica. 4 MEMÓRIA Na informática, memória representa todos os dispositivos que podem armazenar informações, temporária ou permanentemente. Ou seja, são os componentes internos que armazenam informações (memória RAM , disco rígido ,pendrive, cartão de memória, etc). A unidade básica de memória é o dígito binário (os famosos 0 e 1, que são os dados manipulados por todo o computador). 4.1 TIPOS DE MEMÓRIA Dois tipos de memória abrangem praticamente os outros tipos: Memória principal e memória secundária. Memória principal são memórias que o processador precisa acessar para enviar os dados; em muitos casos sem essas memórias o processador pode simplesmente não funcionar. Elas armazenam os dados apenas temporariamente, ou seja, quando o computador fica sem energia da bateria ou é reiniciado, perde-se as informações. Elas são acessadas diretamente pelo processador, sem passar por outro lugar. Possuem alta velocidade e Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 38 desempenho. Alguns exemplos de memória principal são: memórias RAM e memórias Cache. são as memórias de armazenamento. Elas servem para guardar as informações . Ou seja, somente perdem informações quando são formatadas, tem arquivos excluídos ou danificados. Essas memórias precisam passar primeiro por memórias principais antes de serem usadas pelo processador. Geralmente são mais lentas que as memórias principais, mas tem uma capacidade de armazenamento muito superior. Exemplo de memórias secundárias são: discos rígidos, cartões de memória, pendrives, HDs externos, etc. Dentro da memória principal temos alguns subtipos de memória: Memórias voláteis e memória não-voláteis. : Precisa de energia para armazenar dados. Ou seja, os dados são perdidos quando o computador é desligado. São fabricadas em duas tecnologias: dinâmica e estática, sendo que a dinâmica é um tipo de memória que precisa ser atualizada e recarregada constantemente (função conhecida como refresh). O funcionamento basicamente funciona da seguinte forma: O transistor indica se a célula está vazia (com 0) ou cheia (com 1). Se estiver vazia, o capacitor é carregado. Mas é como se o capacitor sempre estivesse com "defeito", pois ele se descarrega muito rapidamente, por isso são necessários vários refreshes para manter os dados armazenados. No caso das memórias estáticas, a informação fica armazenada durante todo o tempo, mudando apenas durante algum pulso de clock novo. Esse tipo de memória não tem o "defeito" do capacitor (ela não se "esvazia"). Em teoria as memórias estáticas possuem um desempenho muito superior as memórias dinâmicas (que precisam que o processador sempre tenha o trabalho de verificar o estado das células e recarregá-las). Mas, como o tempo de refresh está cada vez reduzindo, e as memórias dinâmicas sendo bem mais baratas, atualmente as mais usadas são as dinâmicas. Maicon TI Books v1 Organização e Arquitetura de Computador 39 : Guardam informações mesmo com o computador desligado (ou seja, nessa categoria enquadram-se também as memórias secundárias). Das memórias principais não voláteis destacam-se as memórias ROM (traduzidas, memórias de acesso somente-leitura). Essas memórias geralmente são usadas em um computador para gravar a BIOS (espécie de chip que funciona com um micro programa para controlar todos os dispositivos de um computador. Ele se inicia quando é ligado o
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