AulaFundamentosdeArquitetura_20171026100310

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Fundamentos de Hardware e 
Infraestrutura 
Fundamentos de Arquitetura de 
Computadores 
 
Prof.: Naísses Lima 
Baseado no material do Prof. André Sena 
Introdução
• HW	dedicado	X Processador
• HW	Dedicado
• Composto	de	uma	sequencia	de	funções	lógico-aritméticas;
• Alto	desempenho;
• Baixa	flexibilidade.
• Para	cada	nova	funcionalidade,	deve-se	criar	um	novo	circuito.
• Processador
• Composto	de	um	interpretador	de	instruções,	que	emite	
sinais	de	controle	para	um	conjunto	de	blocos;
• Bom	desempenho;
• Alta	flexibilidade.
• Cada	nova	funcionalidade	é	determinada	por	instruções.
Introdução
• HW	dedicado	X Processador
• PS4 PC	convencional
Componentes	básicos	de	um	computador
• O	processador (ou	microprocessador)	é	responsável	pelo	tratamento	de	
informações	armazenadas	em	memória	(programas	em	código	de	
máquina	e	dos	dados).
• A	memória é	responsável	pela	armazenagem	dos	programas	e	dos	dados.	
• Periféricos,	que	são	os	dispositivos	responsáveis	pelas	entradas	e	saídas	
de	dados	do	computador,	ou	seja,	pelas	interações	entre	o	computador	e	
o	mundo	externo.	Exemplos	de	periféricos	são	o	monitor,	teclados,	
mouses,	impressoras,	etc.
• Barramento,	que	liga	todos	estes	componentes	e	é	uma	via	de	
comunicação	de	alto	desempenho	por	onde	circulam	os	dados	tratados	
pelo	computador	
Memória Processador Periféricos
Barramento
Memória
• a	memória	principal,	ou	memória	de	trabalho,	onde	normalmente	
devem	estar	armazenados	os	programas	e	dados	a	serem	manipulados	
pelo	processador;
• a	memória	secundária que	permitem	armazenar	uma	maior	quantidade	
de	dados	e	instruções	por	um	período	de	tempo	mais	longo;	o	disco	
rígido	é	o	exemplo	mais	evidente	de	memória	secundária	de	um	
computador,	mas	podem	ser	citados	outros	dispositivos	menos	recentes	
como	as	unidades	de	fita	magnética	e	os	cartões	perfurados;
• a	memória	cache,	que	se	constitui	de	uma	pequena	porção	de	memória	
com	curto	tempo	de	resposta,	normalmente	integrada	aos	
processadores	e	que	permite	incrementar	o	desempenho	durante	a	
execução	de	um	programa.
Processador
• Um	microprocessador,	ou	simplesmente	
processador,	é	um	circuito	integrado	(ou	chip),	que	
é	considerado	o	"cérebro"	do	computador.
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
• A	CPU	é	composta	basicamente	de	três	elementos:	
unidade	de	controle,	unidade	lógica	e	aritmética	e	
registradores.
• 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.
Processador
• Unidade	de	Controle	(UC) - assume	toda	a	tarefa	
de	controle	das	ações	a	serem	realizadas	pelo	
computador,	comandando	todos	os	demais	
componentes	de	sua	arquitetura.
• Registradores	- são	utilizados	para	assegurar	o	
armazenamento	temporário	de	informações	
importantes	para	o	processamento	de	uma	dada	
instrução.	
Processador
Exemplo	de	como	funciona	o	computador:
• Uso	de	um	programa	que	faz	cálculos	matemáticos
• Usuário	digita:	10+20*2
• UC	recebe	estes	dados
• UC	verifica	que	precisam	ser	calculados
• UC	envia	para	a	ULA
• ULA	realiza	o	cálculo	necessário
• ULA	retorna	o	valor	50	para	a	UC
• UC	armazena	na	memória
• UC	mostra	o	resultado	no	dispositivo	de	saída
Clock
• Clock	é	um	circuito	oscilador	que	tem	a	função	de	
sincronizar	e	ditar	a	medida	de	velocidade	de	
transferência	de	dados	no	computador,	por	
exemplo,	entre	o	processador	e	a	memória	
principal.	Esta	freqüência	é	medida	em	ciclos	por	
segundo,	ou	Hertz.
Clock
• Ciclo	de	relógio	(clock):	intervalos	básicos	de	tempo	nos	
quais	são	executadas	as	operações	elementares	de	uma	
instrução
• Transferências	de	valores	entre	registradores
• Operações	aritméticas	na	ALU
• Período	do	relógio	(T):	Tempo	de	duração	de	um	ciclo	do	
relógio
• Frequência	do	relógio	(f):	Frequência	de	repetição	de	ciclos	
de	clock por	unidade	de	tempo
• Exemplo:	
• Se	o	período	do	relógio	é	de	T =	4	ns =	4x10-9
• f =	1/T =	1/4x10-9 =	250	MHz
Clock
• Isto	significa	o	que?
• Para	um	período	de	T=4ns	a	máquina	”pode”	
executar	até	250	milhões	de	operações	
elementares.	
• As	operações	elementares	são	executadas	de	
forma	síncrona	com	o	relógio.	
Barramentos
• Um	barramento,	ou	bus,	nada	mais	é	do	que	um	
caminho	comum	pelo	qual	os	dados	trafegam	
dentro	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
• PCI	Express
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.
Barramentos
• 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.
Barramentos
• 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).
Barramentos
• Barramento	AGP
• Apenas	para	uso	de	placas	de	vídeo.
Barramentos
• Barramento	SCSI
• O	SCSI	é	muito	usado	em	servidores	de	empresas,	
que	normalmente	precisam	de	uma	maior	
velocidade	de	conexão	com	os	Discos	Rígidos,	CDs,	
unidades	de	fita.
PCI	Express
PCI	Express
PCI	Express
Barramentos
• Barramentos	Externos
• Barramentos	externos	=	portas	=	interface
• Tipos:	
• PS/2
• Serial
• Paralela
• USB	1.1	/2.0/3.0/3.1
• Firewire 400/800
• PCM	CIA
• Thunderbolt
• eSATA
Barramentos	legado	histórico
• Porta	PS/2
• 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	legado	histórico
• Porta	Serial
• É	um	barramento	usado	por	equipamentos	que	transferem	relativamente	
pouca	informação,	como	modems,	adaptadores	específicos	de	sinais,	leitor	
código	de	barras,	etc.
Barramentos	legado	histórico
• Porta	Paralela
• Barramento	relativamente	antigo	e	está	sendo	cada	vez	menos	utilizado	em	computadores	
atuais.	A	porta	paralela	usa	conector	DB-25.
Barramentos
• Porta	USB
• Substituiu	as	portas	paralela	e	serial.
Barramentos	legado	histórico
• Barramento	Firewire
• Usando	praticamente	em	computadores	Apple
CONEXÕES
USB 1.1 = 12 Mbit/s
Firefire 400 = 400 Mbit/s
USB 2.0 = 480 Mbit/s
FireWire 800 = 800 Mbit/s
USB 3.0 = 5 Gbit/s
eSATA = Up to 6 Gbit/s dependendo da versão
Thunderbolt = 10 Gbit/s
USB
USB
USB
CONEXÕES
eSATA
O eSATA (external SATA) é um padrão de conector SATA externo, que
mantém a mesma velocidade de transmissão. As placas-mãe mais
recentes já estão vindo com conectores eSATA embutidos, mas também
é possível utilizar uma controladora PCI Express, ou mesmo PCI.
O eSATA está sendo usado por diversos modelos de gavetas para HD,
substituindo ou servindo como opção ao USB. A vantagem é que você
não corre o risco do desempenho do HD ser limitado pela interface, já
que temos 150 MB/s no eSATA (ou 300 MB/s no SATA 300), contra os 60
MB/s (480 megabits) do USB 2.0. Obviamente, isso só faz alguma
diferença quando o HD transmite dados guardados no cache,ou no caso
dos HDs topo de linha, lendo dados seqüenciais.
CONEXÕES
eSATA
Armazenamento
Fisicamente, os HDs (Hard Driver) são constituídos por discos, que são
divididos em trilhas e estas são formadas por setores. Para serem
usados pelo computador, os HDs precisam de uma interface de controle.
Utiliza-se a IDE ("Intergrated Drive Electronics"), SCSI ("Small Computer
System Interface") e SATA (Serial ATA). Essas últimas estão contando com
a preferência dos fabricantes e usuários.
Assim, todos os programas instalados ficam gravados no HD. E, também
aí ficam todos os nossos arquivos: trabalhos, gráficos, textos, músicas,
planilhas, fotos etc. Por isso, é necessário que o HD tenha uma boa
capacidade para armazenar tantos dados, ou seja, quanto maior for a
capacidade do HD, maior será a quantidade de dados que poderá ser
armazenada.
A forma de armazenamento de dados do HD é magnética, por isso, para
ler os dados existe uma cabeça de leitura para transformar os dados
magnéticos em impulsos elétricos.
Disco	Rígido
Parte da memória do HD, geralmente 10%, é utilizada pelo computador
como uma memória virtual, onde serão executadas diversas operações.
Assim, se o disco rígido estiver cheio, não conseguirá processar coisa alguma.
Depois de um certo tempo de uso, apagando e criando arquivos, instalando
e desinstalando programas, o disco rígido pode ficar excessivamente
fragmentado, ou seja, com pedaços de arquivos muito espalhados,
contribuindo para diminuir o desempenho do computador e causando
lentidão.
Esse fato pode ser corrigido utilizando-se um programa do próprio sistema
operacional: o desfragmentador de disco, que tem como finalidade básica o
realinhamento contínuo dos arquivos e eliminação dos espaços vazios.
Disco	Rígido
Composto de partes mecânicas
Disco	Rígido
Composto de partes mecânicas
Disco	Rígido
Quando falamos em HDs de 2.5", ou Hds de 3.5", estamos nos
referindo ao diâmetro dos discos magnéticos.
2.5"
3.5"
Disco	Rígido
IDE / SATA
SATA
IDE
Disco	Rígido
Padrão IDE
O IDE, do inglês Integrated Drive Eletronics, foi o primeiro padrão que
integrou a controladora com o Disco Rígido. Os primeiros HDs com
interface IDE foram lançados por volta de 1986 e na época isto já foi uma
grande inovação porque os cabos utilizados já eram menores e havia
menos problema de sincronismo, o que deixava os processos mais rápidos.
Inicialmente, não havia uma definição de padrão e os primeiros
dispositivos IDE apresentavam problemas de compatibilidade entre os
fabricantes. O ANSI (American National Standards Institute), em 1990,
aplicou as devidas correções para padronização e foi criado o padrão ATA
(Advanced Technology Attachment). Porém com o nome IDE já estava mais
conhecido, ele permaneceu, embora algumas vezes fosse chamado de
IDE/ATA.
Disco	Rígido
Padrão IDE
Disco	Rígido
SATA
O SATA ou Serial ATA, do inglês Serial Advanced Technology Attachment,
foi o sucessor do IDE. Os Discos Rígidos que utilizam o padrão SATA
transferem os dados em série e não em paralelo como o ATA. Como ele
utiliza dois canais separados, um para enviar e outro para receber
dados, isto reduz (ou quase elimina) os problemas de sincronização e
interferência, permitindo que frequências mais altas sejam usadas nas
transferências.
Os cabos possuem apenas sete fios, sendo um par para transmissão e
outro para recepção de dados e três fios terra. Por eles serem mais
finos, permitem inclusive uma melhor ventilação no gabinete. Um cabo
SATA pode ter até um metro de comprimento e cada porta SATA suporta
um único dispositivo (diferente do padrão master/slave do IDE).
Disco	Rígido
SATA
Disco	Rígido
Disco rígido versus SSD
Disco	Rígido
Disco rígido versus SSD
SSD
SSD Solid State Disk - Unidade de disco sólido
Comprar um SSD para o computador ou notebook é uma ótima opção para
acelerar o desempenho do computador. O motivo é simples: enquanto um
HD moderno de 7.200 RPM consegue ler dados à apenas 200 Mbps
(megabits por segundo), unidades SSD podem chegar a velocidades de 550
Mbps ou mais. O ganho em velocidade de carregamento do sistema e
programas é perceptível e pode chegar a carregar programas duas vezes mais
rápido do que em um HD comum.
A outra grande vantagem do SSD é a durabilidade. Como não possuem partes
mecânicas, quedas acidentais ou vibrações não causam muitos dados, ao
contrário dos HDs onde pequenos acidentes podem ser fatais para o disco
magnético.
SSD
SSD Solid State Disk - Unidade de disco sólido
Apesar dos pontos fortes, o SSDs tem uma desvantagem que deve pesar
bastante: o preço. Substituir um HD de 1 TB por um SSD com a mesma
capacidade pode não ser uma boa ideia, já que o dispositivo convencional
custa normalmente R$ 200 reais enquanto um SSD de mesmo “tamanho”
não sai por menos de R$ 3 mil reais.
Tamanho investimento em uma unidade de armazenamento SSD é
desnecessário. Apenas alguns arquivos do sistema operacional são usados
com mais frequência. O ideal ao comprar uma nova unidade de
armazenamento, é manter a antiga para armazenar dados importantes, mas
que não sejam utilizados com frequência.
SSD
SSD Solid State Disk - Unidade de disco sólido
O SSD é indicado para arquivos que possam ser substituídos ou que
precisem de acesso constante ao disco, como dados do sistema operacional
e programas mais usados. Há também outro bom motivo para reservar o
SSD apenas para o sistema operacional: este tipo de disco não costuma dar
indícios de que terá problemas, como um HD convencional. O componente
simplesmente "morre", tornando muito difícil a recuperação dos dados.
Dispositivos	de	Entrada/Saída
Placa	Mãe