Aula 02 (Arquitetura)

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Introdução à Arquitetura de 
Computadores 
 
O modelo de Von Neumann 
• Os computadores digitais convencionais baseiam-se no modelo 
idealizado por Von Neumann, em 1946, baseado em cinco 
componentes principais. 
Exercício: O modelo de Von Neumann 
• Relacione as colunas abaixo: 
 
(1) Unidade de entrada 
(2) Unidade de memória 
(3) Unidade lógica e aritmética 
(4) Unidade de controle dos dados. 
(5) Unidade de saída 
 
( ) apresenta os resultados dos dados processados. 
( ) armazena os dados do sistema. 
( ) processa os dados. 
( ) controla a execução das instruções e o processamento de dados 
( ) provê instruções e dados ao sistema. 
 
 
 
 
Gab: 5,2,3,4,1 
O modelo de barramento do sistema 
• Atualmente, o modelo de Von Neumann foi aperfeiçoado para 
outro tipo de barramento de sistema, formado por: 
 
• a) CPU (Central Processing Unit) – é a Unidade Central de 
Processamento ou processador, composta pela unidade de 
controle, unidade lógica e aritmética e registradores. 
• b) Memória – armazena os dados e as instruções. 
• c) Entrada e Saída (E/S) – agrupa as unidades de entrada e saída 
numa única unidade. 
 
O modelo de barramento do sistema 
• Esses componentes se comunicam através de um barramento 
do sistema, composto por: 
 
• a) Barramento de dados – transporta a informação, movendo 
dados entre os componentes do sistema; 
• b) Barramento de endereços – identifica para onde a informação 
está sendo enviada. 
• c) Barramento de controle – descreve a forma como a informação 
está sendo transmitida. 
O modelo de barramento do sistema 
• Os barramentos são um conjunto de fios agrupados por 
função. Um barramento de dados de 64 bits tem 64 fios 
individuais, onde cada fio transporta um bit da informação. 
• Já um barramento de endereços de 32 bits, tem em cada fio o 
bit necessário para determinar o endereço onde vai ler ou 
escrever a informação e pode acessar qualquer endereço de 0 
a 4 GB, pois 32 bits permitem acessar 4.294.967.296 
endereços distintos. Já o barramento de controle possui 
informações que determinam se a operação será de leitura ou 
escrita e, se será na memória ou nos dispositivos de E/S. 
O modelo de barramento do sistema 
 
Componentes básicos de um computador 
• Processador (ou microprocessador) 
– responsável pelo tratamento de informações armazenadas em memória 
(programas em código de máquina e dos dados) 
• Memória 
– responsável pela armazenagem dos programas e dos dados 
• Periféricos 
– dispositivos responsáveis pelas entradas e saídas de dados 
• pelas interações entre o computador e o mundo externo 
– Exemplos: monitor, teclados, mouses e impressoras 
• Barramento 
– liga todos estes componentes 
– uma via de comunicação de alto desempenho por onde circulam os dados 
tratados pelo computador 
 
Barramento 
Memória Processador Periféricos 
Processador ou Microprocessador 
• Composição da CPU 
– unidade de controle, 
– unidade lógica e aritmética, 
– e registradores 
Processador ou Microprocessador 
Unidade Lógica e Aritmética 
• Objetivo da Unidade Lógica e Aritmética (ALU) 
– Assume todas as tarefas relacionadas às operações 
lógicas (ou, e, negação, etc.) e aritméticas (adições, 
subtrações, etc...) a serem realizadas no contexto de 
uma tarefa 
• Parâmetros que influenciam no desempenho 
global de um sistema 
– Tamanho de palavra processada pela unidade lógica e 
aritmética 
– Velocidade de cálculo (frequência do relógio) 
– Quantidade de operações que ela suporta 
Unidade de Controle (UC) 
• Objetivo 
– Componente mais importante no computador 
– Assume toda a tarefa de controle das ações a serem 
realizadas pelo computador 
• comandando todos os demais componentes 
– Elemento que garante a correta execução dos 
programas e a utilização dos dados corretos nas 
operações 
– Gerencia todos os eventos associados à operação do 
computador 
• chamadas interrupções 
 
Registradores 
• Memória interna a CPU 
– Memória de alta velocidade que permite o 
armazenamento de valores intermediários ou 
informações de comando 
– Esta memória é composta de registradores (ou 
registros) 
• cada qual com uma função própria 
– Registradores são utilizados para assegurar o 
armazenamento temporário de informações 
importantes para o processamento de uma dada 
instrução 
Clock 
• Definição 
– É um circuito oscilador que tem a função de sincronizar e 
ditar a medida de velocidade de transferência de dados no 
computador 
• Exemplo: entre o processador e a memória principal 
• Freqüência é medida em ciclos por segundo (Hertz) 
• Tipos de clock 
– Freqüência própria do processador 
• comandando operações internas do processador 
• P.ex. Pentium II 266 MHz 
– Freqüência de acesso a memória 
• basicamente ciclos CPU-Memória principal 
• P.ex. no Pentium II 266 MHz é de 66 MHz 
Clock 
• Pentium-100, Pentium MMX-233, Pentium II-300 
– acessam a memória principal a 66 MHz 
– frequências 100, 233 e 300 MHz são atingidas no interior do 
chip 
• Dizem respeito ao processamento interno do processador e 
não à frequência na relação CPU-Memória do computador. 
• Pentium II-350 e superiores 
– Barramento do sistema é de 100 ou 133 MHz 
• Pentium 4 
– Barramento do sistema é de 400 ou 533 MHz 
Clock 
• Características 
 
• Frequência de 3,6 GHz 
• Soquete LGA 2011 
Processo de fabricação de 32 nm 
Cache de 4 x 256 KB L2 
Cache de 10 MB L3 22 
 
Processador 
• Um microprocessador, ou simplesmente 
processador, é um circuito integrado (ou chip), 
que é considerado o "cérebro" do 
computador. 
 
Processador na Placa-Mãe 
 
Processador 
• Pode-se dizer que a CPU realiza as seguintes tarefas: 
• Busca e executa as instruções existentes na memória. 
Os programas e os dados que ficam gravados no 
disco (disco rígido ou disquetes), são transferidos 
para a memória. Uma vez estando na memória, a 
CPU pode executar os programas e processar os 
dados. 
• Comanda todos os outros chips do computador. 
Processador 
Chipset 
• O chipset pode ser definido como um conjunto de 
circuitos eletrônicos montados em uma pastilha de 
silício que auxilia no trabalho do processador. 
 
• O chipset é a via de comunicação dos demais 
circuitos com o processador. É ele que determina a 
quantidade máxima de memória suportada em um 
computador, os tipos de barramentos, os tipos de 
processadores que poderão ser utilizados, padrões 
de entrada e taxas de transferência dos dados. 
Chipset 
Ponte norte (Northbridge) ou MCH (Memory 
Controller Hub) – é um chip mais complexo, que fica 
fisicamente localizado mais próximo do processador, 
normalmente coberto por um dissipador metálico, pois 
é responsável pela maior parte do consumo de energia 
e também pela dissipação de calor da placa-mãe. Esse 
chip (ponte norte) incorpora os “barramentos “rápidos” 
e as funções mais complexas do computador, incluindo 
o controlador de memória, as linhas do barramento PCI 
Express ou do barramento AGP (no caso de placas mais 
antigas), além do chipset de vídeo onboard, quando 
presente 
Chipset 
Ponte sul (Southbridge) ou ICH (I/O Controller Hub) – é 
um chip menor e mais simples do que o chipset ponte 
norte. Incorpora os barramentos mais lentos como: 
barramento PCI, portas IDE, SATA, USB além dos 
controladores de som e rede. Apesar de incorporar um 
número maior de funções, as tarefas executadas pela 
ponte sul são mais simples e os barramentos ligados a 
ela utilizam menos trilhas de dados. 
Barramentos 
• Um barramento, ou bus, nada mais é do que um 
caminho comum pelo qual os dados trafegamdentro do computador. 
• O tamanho de um barramento é importante pois 
ele determina quantos dados podem ser 
transmitidos em uma única vez. Por exemplo, um 
barramento de 16 bits pode transmitir 16 bits de 
dado, e um barramento de 32 bits pode transmitir 
32 bits de dados a cada vez. 
Barramentos 
• Barramentos Internos: ligam a CPU (processador) 
aos equipamentos que ficam dentro do gabinete. 
• Existem diversos tipos de barramentos específicos 
para equipamentos diferentes: 
 
• IDE 
• ISA 
• PCI 
• AGP 
• SCSI 
Barramentos 
• Barramento IDE 
• Para conectar as unidades de armazenamento internas (HD, Drive 
de CD, Gravadores de CD, Drives de DVD, etc.) à placa-mãe do 
computador. 
 
• Os equipamentos são ligados aos barramentos IDE através Cabo 
FLAT. 
 Esse tipo de comunicação é 
antigo e atualmente está em 
desuso 
Barramentos 
Barramentos 
Barramentos – PATA e SATA 
Barramentos 
Barramento - ISA 
• O barramento ISA (Industry Standard Architecture) é um 
padrão não mais utilizado, sendo encontrado apenas em 
computadores antigos. 
 
• Seu aparecimento se deu na época do IBM PC e essa primeira 
versão trabalha com transferência de 8 bits por vez e clock de 
8,33 MHz (na verdade, antes do surgimento do IBM PC-XT, 
essa valor era de 4,77 MHz). 
Barramento - ISA 
• Comum em micros mais antigos para encaixar placas de expansão, como 
modems, placas de som, placas de vídeo, 
• Está caindo em desuso por ser relativamente lento em relação às novas 
tecnologias. 
Barramento - PCI 
• O barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) surgiu no início 
de 1990 pelas mãos da Intel. Suas principais características são a 
capacidade de transferir dados a 32 bits e clock de 33 MHz, 
especificações estas que tornaram o padrão capaz de transmitir dados a 
uma taxa de até 132 MB por segundo. Os slots PCI são menores que os 
slots ISA, assim como os seus dispositivos, obviamente. 
Barramento - PCI 
• PCI: substituto do barramento ISA (nas novas placas-mãe, é mais 
comum encontrar vários slots PCI e apenas alguns poucos ISA, quando 
há ISA). 
Barramento - PCI 
• Outra característica que tornou o padrão PCI atraente: o recurso Bus 
Mastering. Trata-se de um sistema que permite a dispositivos que 
fazem uso do barramento ler e gravar dados direto na memória RAM, 
sem que o processador tenha que "parar" e interferir para tornar isso 
possível. Note que esse recurso não é exclusivo do barramento PCI. 
 
 
• Outra característica marcante do PCI é a sua compatibilidade com o 
recurso Plug and Play (PnP), algo como "plugar e usar". Com essa 
funcionalidade, o computador é capaz de reconhecer automaticamente 
os dispositivos que são conectados ao slot PCI. 
Barramento - PCI 
• O barramento PCI também passou por evoluções: uma versão que 
trabalha com 64 bits e 66 MHz foi lançada, tendo também uma 
extensão em seu slot. Sua taxa máxima de transferência de dados é 
estimada em 512 MB por segundo. 
 
• Apesar disso, o padrão PCI de 64 bits nunca chegou a ser popular. Um 
dos motivos para isso é o fato de essa especificação gerar mais custos 
para os fabricantes. Além disso, a maioria dos dispositivos da época de 
auge do PCI não necessitava de taxas de transferência de dados 
maiores. 
Barramento – PCI-X 
• Muita gente confunde o barramento PCI-X com o padrão PCI Express, 
mas ambos são diferentes. O PCI-X nada mais é do que uma evolução 
do PCI de 64 bits, sendo compatível com as especificações anteriores. 
 
• A versão PCI-X 1.0 é capaz de operar nas frequências de 100 MHz e 133 
MHz. Neste última, o padrão pode atingir a taxa de transferência de 
dados de 1.064 MB por segundo. O PCI-X 2.0, por sua vez, pode 
trabalhar também com as freqüências de 266 MHz e 533 MHz. 
Barramentos - AGP 
• Barramento AGP (Accelerated Graphics Port) 
• Apenas para uso de placas de vídeo. 
 
Barramentos - AGP 
Se antes os computadores se limitavam a exibir apenas caracteres em 
telas escuras, hoje eles são capazes de exibir e criar imagens em 
altíssima qualidade. Mas, isso tem um preço: quanto mais evoluída for 
uma aplicação gráfica, em geral, mais dados ela consumirá. 
Barramentos - AGP 
A primeira versão do AGP (chamada de AGP 1.0) trabalha a 32 bits e 
tem clock de 66 MHz, o que equivale a uma taxa de transferência de 
dados de até 266 MB por segundo. Explica-se: o AGP 1.0 pode funcionar 
no modo 1x ou 2x. Com 1x, um dado por pulso de clock é transferido. 
Com 2x, são dois dados por pulso de clock. 
 
Apesar de algumas vantagens, o padrão AGP acabou perdendo espaço e 
foi substituído pelo barramento PCI Express. 
Barramentos - AGP 
Barramentos – PCI Express 
O padrão PCI Express (ou PCIe ou, ainda, PCI-EX) foi concebido pela Intel 
em 2004 e se destaca por substituir, ao mesmo tempo, os barramentos 
PCI e AGP. Isso acontece porque o PCI Express está disponível em vários 
segmentos: 1x, 2x, 4x, 8x e 16x, 32x. 
 
O PCI Express 16x, por exemplo, é capaz de trabalhar com taxa de 
transferência de cerca de 4 GB por segundo, característica que o faz ser 
utilizado por placas de vídeo, um dos dispositivos que mais geram dados 
em um computador. 
Barramentos 
• Barramentos Externos 
– Barramentos externos = portas = interface 
– Tipos: 
– PS/2 
– Serial 
– Paralela 
– USB 
Barramentos 
• Porta PS/2 
• Foi o barramento usado para conectar 
mouse e teclado. 
• Há duas portas na parte traseira do 
gabinete, uma para o mouse e a outra para o 
teclado. 
Barramentos 
• Porta Serial 
• É um barramento usado por equipamentos 
que transferem relativamente pouca 
informação, como mouses, modems, 
câmeras (webcam), etc. 
Barramentos 
• Porta Paralela 
• Barramento relativamente antigo e está sendo cada vez menos utilizado 
em computadores atuais. A porta paralela usa conector DB-25. 
Barramentos - USB 
• Porta USB 
• É relativamente novo e vem sendo usado em 
muitos computadores atuais como 
substituto das portas paralela e serial. 
Barramentos - USB 
• USB é a sigla para Universal Serial Bus. 
Trata-se de uma tecnologia que tornou mais 
simples, fácil e rápida a conexão de diversos 
tipos de aparelhos (câmeras digitais, HDs 
externos, pendrives, mouses, teclados, 
impressoras, scanners, leitor de cartões, etc) 
ao computador e a dispositivos móveis, 
evitando assim o uso de um tipo específico 
de conector para cada equipamento. 
Barramentos - USB 
• USB 0.7: novembro de 1994; 
• USB 0.8: dezembro de 1994; 
• USB 0.9: abril de 1995; 
• USB 0.99: agosto de 1995; 
• USB 1.0: janeiro de 1996; 
• USB 1.1: setembro de 1998; 
• USB 2.0: abril de 2000; 
• USB 3.0: novembro de 2008; 
• USB 3.1: agosto de 2013. 
Barramentos - USB 
• Vantagens do USB: 
 
1. Padrão de conexão; 
2. Plug and Play (algo como "Plugar e Usar"); 
3. Alimentação elétrica; 
4. Conexão de vários aparelhos ao mesmo tempo; 
5. Ampla compatibilidade 
Barramentos - USB 
• Funcionamento do USB: 
 
1. O barramento USB pode ser utilizado para prover energia 
elétrica a determinados dispositivos. Para que isso seja 
possível, os cabos USB contam com pelo menos quatro fios 
internos: VBus (VCC), D+, D- e GND. 
2. O primeiro é o responsável pela alimentação elétrica. O 
segundo e o terceiro são utilizados na transmissão de dados 
(a letra "D" provém de data, dado em inglês). O quarto, por 
sua vez, atua no controle elétrico, servindo como "fio terra". 
Barramentos - USB 
• Modos de conexão USB: 
 
• Bulk: esse tipo é utilizado por dispositivos que lidam com 
grandes volumes de dados, como impressoras e scanners, por 
exemplo. O Bulk conta com recursos de detecção de erro paragarantir a integridade das informações transmitidas; 
• Control: tipo utilizado para transmissão de parâmetros de 
controle e configuração do dispositivo; 
Barramentos - USB 
• Modos de conexão USB: 
 
• Interrupt: tipo utilizado para dispositivos que transferem 
poucos dados, como mouses, teclados e joysticks; 
• Isochronous: esse tipo é aplicado em transmissões contínuas, 
onde os dados são transferidos a todo o momento, razão pela 
qual não há recursos de detecção de erros, já que isso 
atrasaria a comunicação. Dispositivos como caixas de som 
utilizam esse modo. 
Barramentos - USB 
• Modos de conexão USB 2.0: 
 
• O USB 2.0 chegou ao mercado oferecendo velocidades de até 
480 Mb/s, taxa equivalente a cerca de 60 MB por segundo. O 
padrão de conexão continua sendo o mesmo da versão 
anterior. 
• Além disso, o USB 2.0 é totalmente compatível com 
dispositivos que funcionam com o USB 1.1. No entanto, 
nesses casos, a velocidade da transferência de dados é a deste 
último. 
Barramentos - USB 
• Tipos de USB - A 
 
Barramentos - USB 
• Tipos de USB - B 
 
Barramentos - USB 
• Tipos de USB - C 
 
Barramentos - USB 
• Tipos de USB (Mini USB): 
 
Barramentos - USB 
• Tipos de USB (Micro USB): 
 
Barramentos - USB 
• Tipos de USB (USB Micro - B): 
 
Barramentos - USB 
Cores dos Conectores: 
 
• Os fabricantes não são, necessariamente, obrigados 
a seguir este esquema, mas há uma padronização de 
cores nos conectores USB para que os usuários 
possam saber mais facilmente a velocidade de cada 
porta. 
Barramentos - USB 
Cores dos Conectores: 
 
• Portas USB 1.0 e 1.1 (praticamente já não mais 
fabricadas) normalmente recebem a cor branca. 
Conectores USB 2.0 costumam ser pretos, embora 
alguns fabricantes também utilizem branco. 
 
 
Barramentos - USB 
Cores dos Conectores: 
 
• Portas USB 3.0 e 3.1, por sua vez, têm cor azul. É 
possível encontrar ainda portas nas cores amarela e 
vermelha que indicam que um dispositivo pode ser 
recarregado ali mesmo quando o computador estiver 
em modo de descanso ou desligado, mas conectado 
a uma fonte de energia. 
 
 
Barramentos - USB 
Cores dos Conectores: 
 
 
 
Placa Mãe (Padrão Antigo) 
Placa Mãe (Padrão Antigo) 
 
Placa Mãe (Padrão Modernizado) 
 
Placa Mãe (Padrão Modernizado) 
 
Placa Mãe (Padrão Modernizado) 
 
Exercícios 
E 
Exercícios 
F 
Exercícios 
A 
Exercícios 
E 
Exercícios 
C 
Exercícios 
B 
Exercícios 
C 
Exercícios 
B 
Exercícios 
A 
Exercícios 
B