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FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO E SISTEMAS OPERACIONAIS – TP2 Componentes do Computador MARCOS ANDRÉ FERREIRA DOS SANTOS JUNIOR Rio de Janeiro - RJ Março - 2016 2 MARCOS ANDRÉ FERREIRA DOS SANTOS JUNIOR FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO E SISTEMAS OPERACIONAIS – TP2 Componentes do Computador Trabalho apresentado ao Professor André de Oliveira Palmerim Barcelos da disciplina Fundamentos da Computação e Sistemas Operacionais da turma ADS Live turno noite do curso de Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Instituto Infnet Rio de Janeiro - 08 de Março de 2016 3 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 04 1.1 Objetivo .............................................................................................................. 04 1.2 Justificativa......................................................................................................... 04 1.3 Estrutura do Trabalho ........................................................................................ 05 2 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO .................................................................. 06 3 CISC X RISC............................................................................................................................. 07 4 MEMÓRIAS .............................................................................................................................. 08 4.1 Tipos de Memória ROM ..................................................................................... 09 4.2 DRAM x SRAM ................................................................................................... 10 5 TIPOS DE BARRAMENTO .................................................................................................... 11 5.1 ISA e PCI ............................................................................................................ 11 6 CONCLUSÃO ........................................................................................................................... 12 7 BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................... 13 4 1. INTRODUÇÃO Como vimos no trabalho anterior, a computação vem evoluindo ao longo da história, possuindo alguns marcos importantes. A substituição das válvulas é um desses marcos, sendo trocada por transístores, já que as válvulas gastavam bastante energia, ocupavam muito mais espaço em comparação aos transístores e frequentemente ocasionavam problemas ou queimavam, tem em vista que geravam bastante calor. Hoje, veremos sobre a unidade central de processamento, as diferenças de Cisc e Risc. Veremos que existem vários tipos de memórias e barramentos diferentes, cada um com uma função, porém todos são de grande importância para o funcionamento do computador. 1.1 OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo apresentar um estudo sobre alguns componentes do computador e suas estruturas. 1.2 JUSTIFICATIVA O presente trabalho serve para entendimento sobre funcionamento do processador e suas estruturas, como a apresentação de conceitos como CISC e RISC. Destacando alguns pontos fundamentais sobre memórias e barramentos, como: sua hierarquia, estruturas e modelos. 5 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho está dividido em quatro capítulos de desenvolvimento de conteúdo. De início, mostrando sobre a unidade central de processamento e sua função e divisão. Seguido para a diferença de CISC e RISC. Depois exemplificando as memórias e quantos tipos de diferentes memórias podemos ter. Terminando com os tipos de barramentos e suas definições. 6 2. UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO A unidade central de processamento (UCP), mais conhecida como processador ou CPU (do inglês Central Processinf Unit), é responsável pelo processamento de dados e instruções do computador, controlando a ordem de processamento de cada uma das tarefas. A CPU efetua as seguintes ações: 1. Procura instruções na memória; 2. Lê e decifra a instrução para saber qual operação irá ocorrer; 3. Executa a ação ou programa; 4. Recomeça o processo em busca de novas instruções. Componentes Fundamentais, são eles: 1. Unidade de Controle (UC) – responsável por controlar as operações do computador, e garantir que as instruções funcionem corretamente; 2. Unidade Lógica e Aritmética (ULA) – responsável por executar todas as operações lógicas e aritméticas do computador; 3. Registros (Registradores) – responsável por armazenar informações que logo serão processadas pela ULA. 7 3. CISC X RISC CISC é uma arquitetura de processadores que comporta a execução de várias instruções mais complexas e demoram bastante tempo para processar as instruções. RISC é uma arquitetura de processadores que comporta a execução de poucas instruções mais simples e executam as instruções de forma mais rápida. Enquanto CISC possui mais instruções e é mais lenta, RISC possui menos instruções e as executa mais rápida. 8 4. MEMÓRIAS São dispositivos que tem a capacidade de armazenar dados e instruções, podendo armazenar temporariamente ou permanentemente. As memórias podem ser divididas de forma hierárquica, sendo classificadas por seu desempenho. As mais rápidas e de alto custo no topo da pirâmide, e as com menos velocidade e custo menor mais abaixo na pirâmide, como podemos ver na figura abaixo: Figura 1 – Hierarquia das Memórias Fonte: Global Spec Observamos que no topo da pirâmide, temos os Registradores, exercendo o tempo de acesso bastante rápido, porém tem uma baixa capacidade e custo muito alto. Seguido da Cache, que continua na parte superior da pirâmide, ou seja, tem alta velocidade, alto custo e também possui baixa capacidade, mas possui mais capacidade que os registradores e são mais baratos e menos velozes que os mesmos, por isso estão abaixo dos registradores na ordem da pirâmide. Ambos são dispositivos internos e não são comercializados como as memórias principais e as secundárias. As Memórias Principal, atualmente utilizamos a RAM, e as Memórias Secundárias, são memórias com velocidade bem inferior aos registradores e a cache, e o custo também é Figura 1. Disponível em: http://www.globalspec.com/ImageRepository/LearnMore/20135/memoryhierarchye38650c30eb84c6dbe 40e9166fb70242.gif ;. Acesso em mar. 2016. http://www.globalspec.com/ImageRepository/LearnMore/20135/memoryhierarchye38650c30eb84c6dbe40e9166fb70242.gif http://www.globalspec.com/ImageRepository/LearnMore/20135/memoryhierarchye38650c30eb84c6dbe40e9166fb70242.gif 9 bem inferior, sendo vendidas em massa. Essas memórias têm altas capacidades de armazenamento, as memórias secundárias, em específico, os HDs, tem capacidades muito elevadas, chegando em Terabytes. A memória principal, não tem tanta capacidade de armazenamento quanto a secundária, chegando em Gigabytes, porém tem muito mais velocidade de transferência do que as secundárias. No computador, não é possível construir e utilizar apenas um tipo de memória, já que existem tarefas que necessitam de uma transferência de informações mais rápida e outras necessitam de uma memória que seja capaz de armazenar grandes capacidades, seja para armazenar o sistema operacional, programas, arquivos ou instruções.Porém, construir uma memória com alta velocidade e capacidade de armazenamento não é muito viável, pois seria de um custo muito elevado, assim poucos teriam acesso a ela. O trabalho em conjunto das memórias, fazem o sistema ter um melhor desempenho, por isso há a necessidade da hierarquia de memória e por isso necessitamos de mais de um tipo de memórias. 4.1 TIPOS DE MEMÓRIAS ROM ROM (Read Only Memory) – É uma memória que apenas lê e seus dados já vêm gravados de fábrica. Costumavam armazenar a BIOS. PROM (Programmable Read Only Memory) – Funciona como uma memória ROM, porém é programável, ou seja, pode ser gravada, entretanto, a gravação só pode ser feita uma vez, depois, não pode ser mais alterada. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - É uma PROM apagável. Sendo possível apagar os dados com raios ultravioletas de alta potência e depois reutiliza- la. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) - É similar a memória EPROM, porém os dados podem ser apagados de forma mais fácil, de forma elétrica, utilizando programação especiais. É o dispositivo atual que armazena a BIOS. 10 4.2 DRAM X SRAM Uma citação de como funciona a DRAM: A DRAM é um tipo de memória RAM que apenas mantém os dados se eles são continuamente reforçados por um circuito lógico especial chamado circuito refresh (Refrescagem). Devido a esta construção, também a ação de leitura refresca os conteúdos da memória. Se isto não for feito regularmente, então a DRAM perderá seus conteúdos, mesmo se a alimentação for mantida. Esta ação de refrescamento é que dá o nome a memória de dinâmica. (INSTITUTO INFNET, 2015, p. 32). A memória DRAM, muda constantemente as informações salvas, mesmo que permaneça energizada, ela perde seus dados por causa do refresh. Uma citação de como funciona a SRAM: Memória SRAM (Static Random Access Memory, que significa memória estática de acesso aleatório em Português) é um tipo de memória de acesso aleatório que mantém os dados armazenados desde que seja mantida sua alimentação, não precisando que as células que armazenam os bits sejam atualizadas (de tempos em tempos) usualmente chamada de refreshing, como é o caso das memórias DRAM. (WIKIPEDIA, 2015, p. 01). Já a memória SRAM, armazena as informações até que a fonte de energia seja cessada. A principal diferença de uma DRAM para uma SRAM, é a forma de armazenamento de dados, já que a primeira atualiza as informações constantemente e a segunda, armazena os dados até deixar de ser energizada. Outra diferença, é a velocidade entre elas, sendo a SRAM mais rápida, porém ela apresenta também uma desvantagem, que é o seu alto custo, alto aquecimento e consome mais energia que uma DRAM. As memórias DRAM são mais baratas, graças a sua simplicidade estrutural e conseguem armazenar muito mais bits que a SRAM. INSTITUTO INFNET. Fundamentos da Computação e Sistemas Operacionais: roteiro de aprendizagem, etapa 4 (Memória). Rio de Janeiro, 2015. WIKIPEDIA. Dynamic random access memory. 2016. 11 5. TIPOS DE BARRAMENTO Barramento do Processador: tem como função, servir de caminho para a troca de informações entre o CPU e o Chipset. Barramento de Cache: é responsável por acessar a memória cache. Barramento de Memória: faz a comunicação entre a memória principal, o processador e o chipset. Barramento local de E/S(Entrada/Saída): faz a conexão dos periféricos com à placa mãe, com a possibilidade de expansão de periférico. 5.1 ISA e PCI ISA (Industry Standard Architecture): Esse barramento funcionava com transferência de 8 e 16 bits e possuía um clock de 8 MHz. As placas de expansão ISA de 8 bits poderiam ser usadas em slots de 8 e 16 bits. Porém, as placas de 16 bits só poderiam ser conectadas em slots ISA de 16 bits. O barramento ISA foi utilizado para diversos componentes, como: Placa de vídeo, placas de som, de rede, entre outras. PCI (Peripheral Component Interconnect): Foi criado pela Intel em 1990. Ele trabalha com 32 e 64 bits, e com frequências de 33 e 66 MHz, podendo transmitir dados até 132 MB e 512 MB. O Barramento PCI possui uma compatibilidade com o recurso Plug and Play, que permite que o dispositivo seja reconhecido e configurado automaticamente. Com o passar do tempo, outros dispositivos vieram para melhorar os barramentos, como AGP e o PCI-Express, porém o barramento PCI ainda é muito utilizado hoje em dia, mas provavelmente daqui a alguns anos, o barramento PCI será totalmente substituído pelo PCI-Express. 12 6. CONCLUSÃO Podemos observar que o processador é divido em três partes, ULA, UC e Registradores, sendo o registrador a memória mais cara e rápida do computador, sendo mostrado a hierarquia das memórias em forma de pirâmide onde as do topo são as mais memórias mais caras, rápidas e com pouca capacidade, e as da base, são mais baratas, “lentas” e com maior capacidade. Vimos também, as funções do processador e as arquiteturas CISC e RISC, onde CISC executa mais instruções e é mais lenta e RISC executa instruções simples e é mais rápido. Outros tópicos abordados, foram os tipos de memórias, como a evolução da memória ROM, que só podia ser lida e atualmente é possível dar um reset de forma simples e fácil. E a diferença entre DRAM, que tem seus dados apagados sempre quando tem um refresh, mesmo energizada, e SRAM, que se perde seus dados quando cessa a alimentação de energia, não possuindo um refresh. É interessante também comentar sobre os barramentos e suas funções, interligando todo o computador e a evolução dos barramentos, com o ISA que possuía somente 16 bits e o clock de 8 MHz até o barramento PCI que possui 64 bits e o clock de até 512, sendo muito mais rápido que o barramento ISA. 13 7. BIBLIOGRAFIA Material da Internet DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA — UFPB. Hierarquia de memórias. Disponível em: <http://www.di.ufpb.br/raimundo/hierarquia/hierarquia.html>. Acesso em: 08 mar. 2016. INSTITUTO INFNET. Barramentos. Disponível em: < http://lms.infnet.edu.br/moodle/mod/page/view.php?id=22289>. Acesso em: 08 mar. 2016. INSTITUTO INFNET. Memória. Disponível em: < http://lms.infnet.edu.br/moodle/mod/page/view.php?id=22282>. Acesso em: 08 mar. 2016. INSTITUTO INFNET. Processadores. Disponível em: <http://lms.infnet.edu.br/moodle/mod/page/view.php?id=22274>. Acesso em: 08 mar. 2016. WIKIPEDIA. Dynamic random access memory. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/dynamic_random_access_memory>. Acesso em: 08 mar. 2016. WIKIPEDIA. Sram. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/sram>. Acesso em: 08 mar. 2016. http://www.di.ufpb.br/raimundo/hierarquia/hierarquia.html http://lms.infnet.edu.br/moodle/mod/page/view.php?id=22289 http://lms.infnet.edu.br/moodle/mod/page/view.php?id=22282 http://lms.infnet.edu.br/moodle/mod/page/view.php?id=22274 https://pt.wikipedia.org/wiki/dynamic_random_access_memory https://pt.wikipedia.org/wiki/sram 1. INTRODUÇÃO 1.1 OBJETIVO 1.2 JUSTIFICATIVA 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO 2. UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO 3. CISC X RISC 4. MEMÓRIAS 4.1 TIPOS DE MEMÓRIAS ROM 4.2 DRAM X SRAM 5. TIPOS DE BARRAMENTO 5.1 ISA e PCI 6. CONCLUSÃO 7. BIBLIOGRAFIA