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SISTEMAS OPERACIONAIS Cleverson Lopes Ledur Estrutura de um computador Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Diferenciar os principais módulos e placas do PC � Reconhecer o processo de montagem dos principais módulos do PC � Definir placa-mãe, processadores, ponte norte/sul, BIOS Introdução O hardware do computador inclui suas partes físicas, que são compo- nentes como a unidade central de processamento, monitor, teclado, armazenamento de dados, placa gráfica, placa de som, alto-falantes e placa-mãe. Por outro lado, o software é uma instrução que pode ser armazenada e executada pelo hardware. O hardware é assim chamado por ser "rígido" em relação a mudan- ças ou modificações. O software é "soft" porque pode ser facilmente atualizado ou alterado. Entre o software e o hardware existe também o firmware, que é um software fortemente acoplado a um hardware específico de um sistema de computador, difícil de mudar mas também entre os mais estáveis no que diz respeito à consistência da interface. A progressão dos níveis de "dureza" para "suavidade" nos sistemas de computação é paralela a uma progressão de camadas de abstração na computação. Neste capítulo, você vai aprender a diferenciar os principais módulos e placas do PC, reconhecer o processo de montagem dos principais módulos do PC e a definir placa-mãe, processadores, ponte norte/sul e BIOS. Módulos e placas do PC Um PC moderno é, ao mesmo tempo, simples e complexo. É simples no sentido de que, ao longo dos anos, muitos dos componentes usados para construir um sistema foram integrados a outros componentes, reduzindo as partes reais do equipamento. É complexo, porém, no sentido de que cada parte de um sistema moderno executa muito mais funções do que os mesmos tipos de peças em sistemas mais antigos (LOWN, 2018). Esta seção examina brevemente todos os componentes e periféricos em um sistema de PC moderno. A seguir, listamos os componentes e periféricos necessários para montar um sistema básico de PC moderno: � placa-mãe (motherboard); � processador; � memória (RAM); � gabinete; � fonte de energia; � unidade de disquete; � disco rígido; � unidade de CD-ROM, CD-RW ou DVD-ROM; � teclado; � mouse; � cartão de vídeo; � monitor; � placa de som; � caixas de som; � modem. Vamos entender a seguir o que faz cada um destes componentes e a sua importância para as operações do computador. A placa-mãe, também identificada como motherboard, é o núcleo do sistema. É realmente o PC, pois tudo o mais está conectado a ela e ela controla tudo no sistema. Uma placa-mãe é a principal placa de circuito impresso (PCB) encontrada em microcomputadores de uso geral e outros sistemas expansíveis. Ela mantém e permite a comunicação entre muitos dos componentes eletrôni- cos cruciais de um sistema, como a unidade central de processamento (CPU) e a memória, e fornece conectores para outros periféricos. Uma placa-mãe geralmente contém subsistemas significativos, como o processador central, os controladores de entrada/saída e de memória do chipset, os conectores de interface e outros componentes integrados para uso geral e aplicações. Veja um exemplo de placa-mãe na Figura 1. Estrutura de um computador2 Figura 1. Placa-mãe Intel Socket 1156/Intel H55/DDR3/A&GbE/ATX. O processador, também chamado de CPU (unidade central de processa- mento), é considerado o "mecanismo" do computador. Trata-se do circuito eletrônico que executa as instruções de um programa, como as operações básicas de aritmética, lógica, controle e entrada/saída (E/S) especificadas pelas instruções. Os principais componentes de um processador são a unidade lógica aritmética (ULA); que realiza operações aritméticas e lógicas; registradores de processador, que fornecem operações à ULA e armazenam os resultados das operações; e uma unidade de controle que orquestra as buscas na memória e a execução de instruções, orientando as operações coordenadas da ULA, registros e outros componentes. Veja na um exemplo de processador na Figura 2. 3Estrutura de um computador Figura 2. Processador Intel Core i7. A memória do sistema é frequentemente chamada de RAM (memória de acesso aleatório, ou randômico). Essa é a memória principal, que contém todos os programas e dados que o processador está usando em um determi- nado momento. É um tipo de armazenamento que guarda temporariamente os dados e o código da máquina que estão em uso. Um dispositivo de memória RAM permite que os itens de dados sejam lidos ou gravados quase no mesmo período de tempo, independentemente da localização física dos dados dentro da memória. Em contraste com outras mídias de armazenamento de dados de acesso direto, como discos rígidos, CD-RWs, DVD-RWs e as antigas fitas magnéticas, que tem limitações mecânicas, como velocidades de rotação do meio e movimento do braço, a memória RAM demanda tempo reduzido para ler e gravar itens de dados. Veja, na Figura 3, um exemplo de memória RAM. Figura 3. Módulo (também chamado de pente) de memória RAM modelo Kingston KVR1333D3N9/2G. Estrutura de um computador4 O gabinete, às vezes denominado de chassi ou case, é onde se abrigam a placa-mãe, a fonte de alimentação, as unidades de disco, as placas adapta- doras e quaisquer outros componentes físicos no sistema. Os gabinetes são geralmente construídos em aço (aço inoxidável, galvanizado, laminado a frio, bobina) ou alumínio. O plástico é usado às vezes e outros materiais, como vidro, madeira e até mesmo peças de Lego, aparecem em gabinetes. Veja um exemplo de gabinete na Figura 4. Figura 4. Gabinete/chassi. Fonte de energia é a fonte de alimentação, que fornece energia elétrica para cada parte do PC. Uma unidade de fonte de alimentação (ou PSU) converte a rede elétrica CA em energia CC regulada de baixa tensão para os compo- nentes internos de um computador. Computadores pessoais modernos usam universalmente fontes de alimentação de modo comutado. Algumas fontes de alimentação possuem um interruptor manual para selecionar a tensão de entrada, enquanto outras se adaptam automaticamente à tensão da rede. Veja na Figura 5 um exemplo de fonte de alimentação/energia. 5Estrutura de um computador Figura 5. Fonte de alimentação de energia. A unidade de disquete é um dispositivo para receber uma mídia removível simples, barata e de baixa capacidade de armazenamento magnético. Atual- mente, é raro encontrá-la em computadores, mas você poderá se deparar com ela ao trabalhar com computadores legados. Embora as unidades de disquete ainda tenham alguns usos limitados, especialmente com equipamento de computador industrial legado, foram substituídas por métodos de armazena- mento de dados com capacidade muito maior, como pen drives USB, cartões de armazenamento flash, discos rígidos externos portáteis, discos ópticos e armazenamento disponível através de redes de computadores. Veja na Figura 6 um exemplo de uma unidade de disquete. O disco rígido é a memória primária de armazenamento de arquivos do sistema. Uma unidade de disco rígido (HDD) é um dispositivo eletrome- cânico de guarda de dados que usa armazenamento magnético para salvar e recuperar informações digitais usando um ou mais discos de rotação rápida, revestidos com material magnético. Os pratos são emparelhados com cabeças magnéticas, geralmente dispostas em um braço leitor móvel, que lê e grava dados nas superfícies dos discos. Os dados são acessados de maneira aleatória, o que significa que blocos individuais de dados podem ser armazenados ou recuperados em qualquer ordem e não apenas sequen- cialmente. Os HDDs são um tipo de armazenamento não volátil, mantendo os dados armazenados mesmo quando estão desligados. Veja um exemplo de disco rígido na Figura 7. Estrutura de um computador6 Figura 6. Disquete e driver. Fonte: Dicas para computador (2018, documento on-line). Figura 7. Disco rígido. Fonte: Conceitos (2018, documentoon-line). 7Estrutura de um computador As unidades de CD-ROM (somente CD/somente leitura) e DVD-ROM (disco digital versátil somente leitura) são unidades ópticas de mídia de ca- pacidade relativamente alta. Durante a década de 1990 e 2000, os CD-ROMs eram popularmente usados para distribuir softwares e dados para uso em computadores e consoles de videogame. Alguns CDs, chamados de CDs apri- morados, armazenam dados de computador e áudio, com os últimos podendo ser reproduzidos em um CD player, enquanto os de dados (como software ou vídeo digital) só podem ser usados em um computador. Também existem drivers que permitem a leitura/escrita de DVDs e mídias blue-ray, utilizadas, em sua maioria para armazenamento e reprodução de vídeos. Veja, na Figura 8, um exemplo de CD-ROM. Figura 8. CD-ROM. Em um PC, o teclado é o dispositivo primário pelo usuário para se co- municar e controlar um sistema. Um teclado de computador é um dispositivo do tipo máquina de escrever que usa um arranjo de teclas para atuar como alavancas mecânicas ou interruptores eletrônicos. Após o declínio dos car- tões perfurados e da fita de papel, a interação por meio de teclados de estilo teleprinter tornou-se o principal método de entrada para computadores. As teclas do teclado (botões) normalmente possuem caracteres gravados ou im- pressos neles e cada pressionamento de uma tecla normalmente corresponde a um único símbolo escrito. No entanto, a produção de alguns símbolos pode exigir pressionar e segurar várias teclas simultaneamente ou em sequência. Enquanto a maioria das teclas do teclado produz letras, números ou sinais (caracteres), outras teclas ou pressionamentos simultâneos de teclas podem produzir ações ou executar comandos do computador. Veja um exemplo de teclado na Figura 9. Estrutura de um computador8 Figura 9. Teclado. Embora muitos tipos de dispositivos apontadores estejam no mercado atu- almente, o primeiro e mais popular dispositivo para essa finalidade é o mouse. É um dispositivo apontador de mão que detecta movimento bidimensional em relação a uma superfície. Esse movimento é normalmente traduzido no movimento de um ponteiro em uma tela, o que permite um controle suave da interface gráfica do usuário. Veja, na Figura 10, um exemplo de mouse. Figura 10. Mouse. 9Estrutura de um computador A placa de vídeo controla as informações que você vê no monitor. Trata- -se de uma placa de expansão que gera uma alimentação de imagens de saída para um monitor. No núcleo de uma placa gráfica/vídeo está a unidade de processamento gráfico (GPU), parte principal, que faz os cálculos reais. Os sistemas de conexão mais comuns entre a placa de vídeo e a tela do computador são: VGA, DVI, HDMI, DisplayPort. Veja um exemplo de placa de vídeo na Figura 11. Figura 11. Placa de vídeo. Na imagem uma GTX 1050 da Nvidia. A placa de som permite que o PC gere sons complexos. Também conhecida como placa de áudio, é uma placa de expansão interna que fornece entrada e saída de sinais de áudio de e para um computador, sob controle de softwares. O termo placa de som também é aplicado a interfaces de áudio externas, usadas para aplicativos de áudio profissionais. A funcionalidade de som também pode ser integrada à placa-mãe, usando componentes semelhantes aos encontrados em placas plug-in. O sistema de som integrado é muitas vezes ainda referido como uma placa de som. Hardware de processamento de som também está Estrutura de um computador10 presente em placas de vídeo modernas com HDMI, para saída de som junto com o vídeo usando esse conector. Anteriormente usava-se uma conexão SPDIF para a placa-mãe ou placa de som. Veja, na Figura 12, um exemplo de uma placa de som não integrada com a placa-mãe. Figura 12. Placa de som. Atualmente, a maioria das placas-mãe já possuem alguns destes itens anexados. Nesses casos, definimos o dispositivo como on board. Além disso, também contamos com dispositivos USB que desempenham as mesmas fun- ções, como drivers de CD/DVD, modens, mouses e teclados. Processo de montagem Agora que você já estudou a maioria dos componentes de um computador, vamos conhecer o passo a passo de sua montagem. Inicialmente, você deve ter todos os componentes disponíveis para a montagem, bem como chaves do tipo philips, pasta térmica e, em alguns casos, pulseira antiestática (LOWN, 2018). Veja o conjunto de equipamentos e componentes necessários na Figura 13. 11Estrutura de um computador Figura 13. Equipamentos para a montagem de um computador. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Vamos ao passo a passo: 1. Aterrar. Use um cabo de pulseira antiestática para evitar descarga ele- trostática (ESD) que pode ser fatal para os eletrônicos do computador. Se você não conseguir um cabo de pulseira antiestático, conecte sua fonte de alimentação aterrada a uma tomada (mas não a ligue) e mantenha sua mão na unidade aterrada sempre que tocar em itens sensíveis a ESD. 2. Abrir o gabinete. Desparafuse o painel lateral (ou deslize-o em direção à parte de trás do gabinete). 3. Instalar a fonte de alimentação. Alguns gabinetes vêm com a fonte de alimentação já instalada, enquanto outros exigem que você compre a fonte de alimentação separadamente e instale-a por conta própria. Certifique-se de que a fonte de alimentação esteja instalada na orien- tação correta e de que nada esteja bloqueando o ventilador da fonte de alimentação. A fonte de alimentação normalmente vai perto do topo do gabinete. Você pode determinar onde a fonte de alimentação deve ficar procurando uma seção ausente na parte de trás do gabinete. Veja exemplo na Figura 14. Estrutura de um computador12 Figura 14. Instalação de uma fonte no gabinete. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 4. Adicionar os componentes à placa-mãe. Geralmente é mais fácil fazer isso antes de instalar a placa-mãe, quando suas possibilidades de co- nectar componentes serão maiores. 5. Conectar o processador à placa-mãe, localizando a porta do proces- sador na superfície da placa-mãe e conectando o cabo ou o conector do processador à porta. Veja um exemplo desta conexão na Figura 15. 6. Anexar sua memória RAM à placa-mãe, encontrando os slots de me- mória RAM e inserindo as placas de RAM de forma adequada (eles só devem caber em um caminho). Veja a ação na Figura 16. 13Estrutura de um computador Figura 15. Processador instalado na placa-mãe. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Figura 16. Instalação da memória RAM na placa-mãe. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Estrutura de um computador14 7. Conectar a fonte de alimentação à seção da fonte de alimentação da placa-mãe. 8. Localizar (mas não conecte) a porta SATA do disco rígido da placa- -mãe. Mais tarde, você vai usar isso para conectar o disco rígido com a placa-mãe. 9. Aplicar a pasta térmica ao processador, se necessário. Coloque apenas um pequeno ponto, do tamanho de um grão de arroz. Adicionar muita pasta térmica cria problemas sérios, como colar o soquete da placa-mãe, o que pode causar curto-circuito nos componentes e diminuir o valor da própria placa-mãe se você planeja vendê-la mais adiante. Alguns processadores vêm com dissipadores de calor e não precisam de pasta térmica, pois o dissipador pode vir com esse produto já aplicado pela fábrica. Portanto, verifique a parte inferior da unidade do dissipador de calor antes de aplicar a pasta no processador. 10. Anexar o dissipador de calor. O procedimento dessa instalação varia de um dissipador para outro. Leia, então, as instruções específicas para o seu processador. A maioria dos coolers padrão se conecta diretamente sobre o processador e o prende na placa-mãe. Dissipadores do mercado de reposição podem ter suportes que precisam ser colocados embaixo da placa-mãe. Pular esta etapa caso o processador tenha um dissipador de calor instalado. 11. Preparar o gabinete. Você pode precisar derrubar as placas metálicas na parte de trás do gabinete para encaixar seus componentesnas po- sições corretas. Se o gabinete tiver unidades de prateleiras separadas para prender o disco rígido, instale as unidades usando os parafusos fornecidos. Você pode precisar instalar e conectar os ventiladores antes de instalar qualquer componente. Se assim for, siga as instruções de instalação do ventilador do seu caso. 12. Proteger a placa-mãe. Quando os espaçadores estiverem instalados, coloque a placa-mãe no estojo e empurre-a contra a placa traseira. Todas as portas traseiras devem encaixar nos orifícios da placa traseira de E/S. Use os parafusos fornecidos para prender a placa-mãe aos espaçadores, usando os orifícios que existem nela para essa finalidade. 15Estrutura de um computador Figura 17. Instalação da placa-mãe no gabinete. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 13. Conectar os conectores do gabinete. Estes tendem a estar localizados juntos na placa-mãe, perto da frente do gabinete. Não é preciso obede- cer a alguma ordem em que estes devem ser conectados. Determine a ordem de forma a tornar o trabalho mais fácil e seguro. Certifique-se de conectar as portas USB; as chaves liga/desliga e de reinicialização; as luzes LED de energia e disco rígido e o cabo de áudio. A documen- tação da sua placa-mãe mostrará aonde ela recebe esses conectores. Normalmente, há apenas uma maneira de colocar esses conectores. Portanto, não tente forçar qualquer coisa a se encaixar. 14. Instalar o disco rígido. Em alguns casos, esse processo pode variar um pouco. 15. Remover todos os painéis frontais do gabinete (se você estiver insta- lando uma unidade óptica, geralmente deverá colocá-la perto do topo do gabinete). 16. Inserir o disco rígido em seu slot. Veja exemplo na Figura 18. 17. Apertar os parafusos necessários para manter a unidade no lugar. 18. Conectar o cabo SATA do disco rígido no slot SATA da placa-mãe. Veja a Figura 19. Estrutura de um computador16 Figura 18. Instalação do HD (disco rígido) no gabinete. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). Figura 19. Cabos de conexão SATA e energia do disco rígido. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 17Estrutura de um computador 19. Ligar a fonte de alimentação a quaisquer componentes necessários. Se você ainda não conectou a fonte de alimentação aos componentes que precisam de energia, verifique se ela está conectada aos seguintes locais: placa-mãe, placas gráficas, discos rígidos. Veja as saídas dos cabos de energia na Figura 20. Figura 20. Saída de cabos de energia da fonte. Fonte: Bourque (2018, documento on-line). 20. Concluir a montagem do seu computador. Uma vez que você colocou e conectou os vários componentes internos, resta garantir que nenhum dos fios irá interferir na circulação. Feita essa verificação, feche o gabinete. 21. Se você comprou um sistema de refrigeração, vai querer instalá-lo antes de prosseguir. Consulte as instruções de instalação do sistema de resfriamento para fazer isso. Em muitos casos haverá um painel que será colocado de volta em seu lugar ou aparafusado na lateral do gabinete. Estrutura de um computador18 Processador e componentes da placa-mãe Uma ponte do tipo norte (northbridge) ou host é um dos dois chips da arquitetura do chipset da lógica principal em uma placa-mãe do PC, sendo a outro a ponte sul (southbridge). Ao contrário da southbridge, a northbridge é conectada diretamente à CPU por meio do barramento frontal (FSB). É responsável por tarefas que exigem o mais alto desempenho. A ponte norte geralmente é emparelhada com uma ponte sul, também conhecida como hub de controlador de E/S. Nos sistemas em que estão incluídos, esses dois chips gerenciam as comunicações entre o processador e outras partes da placa-mãe e constituem o chipset principal da placa-mãe do PC (LOWN, 2018). Em PCs baseados em Intel mais antigos, a northbridge também era de- nominado hub controlador de memória externa (MCH) ou hub de gráficos e controlador de memória (GMCH), se equipado com gráficos integrados. Cada vez mais essas funções foram integradas ao próprio chip da CPU, começando pelos controladores de memória e gráficos. Para os processadores Intel Sandy Bridge e AMD Accelerated Processing Unit, introduzidos em 2011, todas as funções da ponte norte residem na CPU, enquanto as CPUs AMD FX ainda precisam de chips externos northbridge e southbridge. Separar as diferentes funções dos chips CPU, northbridge e southbridge foi necessário devido à dificuldade de integrar todos os componentes em um único chip. Em alguns casos, porém, as funções northbridge e southbridge já foram combinadas, quando a complexidade do design e os processos de fabricação permitiram. Por exemplo, a Nvidia GeForce 320M no 2010 MacBook Air é um chip combinado northbridge/southbridge/GPU. Veja na Figura 21, um organograma com as pontes norte e sul (LOWN, 2018). 19Estrutura de um computador Figura 21. Organograma com as pontes norte e sul. Fonte: Laboratório de Hardware (2015, documento on-line). Com o aumento da velocidade das CPUs ao longo do tempo, acabou sur- gindo um gargalo entre o processador e a placa-mãe, devido a descompassos na transmissão de dados entre a CPU e seu chipset de suporte. Assim, a partir dos processadores da série AMD Athlon 64 (baseados no Opteron), uma nova arquitetura foi usada, onde algumas funções dos chips northbridge e southbridge foram movidas para a CPU. Os modernos processadores Intel Core têm o northbridge integrado no chip da CPU, sendo conhecido como uncore ou system agent. Estrutura de um computador20 A southbridge (ponte sul) é um dos dois chips do chipset de lógica principal em uma placa-mãe de computador pessoal (PC), sendo o outro a northbridge. A southbridge normalmente implementa as capacidades mais lentas da placa-mãe, em uma arquitetura de computador de chipset northbridge/southbridge. Em sis- temas com chipsets Intel, a southbridge é denominada ICH (Intel / O Controller Hub), enquanto a AMD nomeou seu FCH (Fusion Controller Hub) Southbridge desde a introdução de sua Fusion Accelerated Processing Unit (APU) Fusion. A ponte sul geralmente pode ser distinguida da ponte norte por não estar diretamente conectada à CPU. Em vez disso, a ponte norte liga a ponte sul à CPU. Através do uso do circuito de canal integrado do controlador, a ponte norte pode ligar diretamente os sinais das unidades de E/S à CPU para controle e acesso de dados (WILSON, 2018). Também é interessante que você conheça a BIOS. A BIOS (Basic Input / Output System) é um firmware não volátil, usado para executar a inicialização de hardware durante o processo de inicialização, e para fornecer serviços de tempo de execução para sistemas operacionais e programas. O firmware do BIOS vem pré-instalado na placa de sistema de um computador pessoal e é o primeiro software a ser executado quando ligado. O nome é originário do Sistema Básico de Entrada/Saída usado no sistema operacional CP/M em 1975. Originalmente propriedade do IBM PC, o BIOS foi submetido a engenharia reversa por empresas que buscavam criar sistemas compatíveis. A interface desse sistema original serve como um padrão de fato (LOWN, 2018). O BIOS em PCs modernos inicializa e testa os componentes de hardware do sistema e liga um carregador de inicialização a partir de um dispositivo de memória de massa, que inicializa um sistema operacional. Na era do MS- -DOS, o BIOS fornecia uma camada de abstração de hardware para o teclado, exibição e outros dispositivos de entrada/saída (E/S) que padronizavam uma interface para os programas aplicativos e o sistema operacional. Sistemas operacionais mais recentes não usam o BIOS após o carregamento, acessando os componentes de hardware diretamente (WILSON, 2018). Você pode verificar vários tipos de hardware neste site, que possui um levantamento dos tipos de hardware de A a Z. https://goo.gl/b4xSjL 21Estrutura de um computador BOURQUE, B. How to build a computer. 21 nov. 2018. Disponível em: <https://www. digitaltrends.com/computing/how-to-build-a-computer/6/>.Acesso em: 17 dez. 2018. CONCEITOS. Disco Rígido (hard drive): conceito, o que é, Significado. 2018. Disponível em: <https://conceitos.com/disco-rigido/>. Acesso em: 17 dez. 2018. DICAS PARA COMPUTADOR. A história e o futuro do Disco Rígido – HD (Hard Disk). 2018. Disponível em: <http://www.dicasparacomputador.com/historia-futuro-disco-rigido- -hd-hard-disk#ixzz5ZwjvmXEA>. Acesso em: 17 dez. 2018. LABORATÓRIO DE HARDWARE. Chipset Ponte NORTE. 29 set. 2015. Disponível em: <http:// hartechcv.blogspot.com/2015/09/chipset-ponte-norte-ponte-norte-faz.html>. Acesso em: 17 dez. 2018. LOWN, H. Computer Hardware and Software: Computer organization and design. Seattle: Amazon, 2018. WILSON, K. Essential Computer Hardware: The Illustrated Guide to Understanding Com- puter Hardware. Widnes: Elluminet Press, 2018. Leituras recomendadas GERALDI, L. M. A.; GALASSI, C. R.; FORMICE, C. R. Elucidando Os Sistemas Operacionais: um estudo sobre seus conceitos. Joinville: Clube dos autores, 2013. SILBERSCHATZ, A.; GAGNE, G.; GALVIN, P. B. Sistemas Operacionais com Java. 8. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2016. TANENBAUM, A. S.; BOS, H. Sistemas operacionais modernos. 4. ed. São Paulo: Pearson, 2015. Estrutura de um computador22 Conteúdo:
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