Arquitetura componentes
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Arquitetura do Computador
Prof. Paulo Roberto [email protected]
Máquina capaz de solucionar problemas através de tarefas que lhe são fornecidas
Os computadores se distinguem pela sua finalidade Classificação quanto à operação, utilização e
necessidades dos usuários
Tem Três partes diferentes que funcionam em conjunto: Hardware Software Cableware
Para um sistema computacional, acrescentamos uma outra parte essencial: Peopleware
O Computador
Classificação dos Computadores
Quanto à característica de operação Analógicos Digitais Híbridos
Quanto à característica de utilização Científicos Comerciais
Quanto ao usuário Pessoal Corporativo
Operação Analógicos
Manipulam sinais elétricos analógicos que são utilizados para controle de processos e problemas de simulação
Executam trabalhos usando elementos representados por grandezas físicas, como por exemplo, a intensidade de uma corrente elétrica.
São criados para uma finalidade específica, isto é, só se aplicam a um determinado trabalho
Digitais Manipulam sinais elétricos do tipo digital Realizam suas operações utilizando elementos representados por
grandezas matemáticas (números), operam dígito a dígito Programados através de uma linguagem de programação São destinados a aplicações múltiplas, podendo ser utilizados em
diversas tarefas. Híbridos
Características dos dois anteriores Entradas/Saídas controladas por conversores analógico-digitais e
vice-versa
95%
dos
com
pu
tad
ore
s sã
o
dig
itais
Utilização
Científicos Áreas de cálculo e pesquisas científicas Resultados de maior precisão Pequeno volume de entrada/saída porém
precisam de unidade processadores sofisticadas
Comerciais Maioria dos equipamentos Grande volume de entrada/saída com
rápido processamento
Tipos de Computadores
Uso PessoalEstações de trabalho Computadores de mesa (desktop)
Han
dheld
s Palm
top
s
Note
book
s Desk
note
s
Tipos de Computadores
Uso Corporativo Supercomputadores Ultra-rápidos. Processam
grande volume de dados científicos Mainframes Utilizados por grande número de
usuários ao mesmo tempo Terminais “interfaces” entre o usuário e o mainframe
Minicomputadores similares ao mainframe só que de menor porte
Servidores Não são projetados para uso direto. Disponibilizam informações para pessoas conectadas em rede
O ComputadorHardware
A Arquitetura do Computador
O Computador
O computador é uma máquina misteriosa, onde, de alguma forma mística, são guardadas e processadas
informações?
Você será capaz de: Identificar e definir os componentes que
fazem para da arquitetura básica de um computador
Arquitetura Básica do Computador
Unidade Central de Processamento (UCP)
Entrada
Saída
Envio dos dados para serem processados
Obtenção dos resultados requeridos
M
E
M
Ó
R
I
A
Interação entre o usuário e o computador
Dispositivos que interagem com o ambiente Dispositivo de Entrada
Encaminha as solicitações/dados do usuário ao computador, através de mouse, teclado, etc
Dispositivo de Saída Apresenta os resultados finais do
processamento, através dos monitores de vídeo, impressoras, etc
UCP
Entrada
Saída
M
E
M
Ó
R
I
A
Dispositivos de Entrada e Saída
UCP
Cérebro do computador Busca e executa as
instruções Composta de:
Unidade de Controle Unidade Lógica-AritméticaULA
UC
UCP
Entrada
Saída
M
E
M
Ó
R
I
A
Mémoria Armazena programas e dados Local onde o processador:
Busca dados a serem processados, Guarda valores intermediários, Envia resultados finais do
processamento Pequenos pentes/módulos
encaixados na placa mãe A menor unidade de informação
armazenável é o BIT A menor unidade de medida da
memória é o BYTE
UCP
Entrada
Saída
M
E
M
Ó
R
I
A
Arquitetura do Computador
Entrada Saída
Unidade Aritmético-LógicaRecebe os dados da memória para processá-los quando uma instrução for aritmética ou lógica
Unidade de ControleDetermina a execução e interpretação das instruções e controla o fluxo dos dados
U
C
P
Memória Principal
Registradores
Memória Secundária
Armazena programas que podem ser executados
Armazena programas e dados que estão sendo processados
Armazena endereços de instruções e dados que estão sendo processados
Outros Componentes Básicos do
Computador
O ComputadorHardware
Outros componentes
Como fazer com que os dados inseridos pelo dispositivo de entrada cheguem ao processador e à memória? E como fazer com que os dados processados
cheguem ao dispositivo de saída?
Não podemos esquecer de outros componentes do computador que interagem entre si, contribuindo para o funcionamento do computador.
Outros componentes
Placa Mãe Barramento Clock Microprocessador Tecnologia de Reconhecimento de
Instruções do Processador
Placa Mãe (Motherboard)
Acomoda o processador e todos os componentes (memória principal, memória cache, BIOS, portas serial e paralela, etc) que permitem ao processador interagir com os demais periféricos
Gerencia transação de dados entre CPU e periféricos.
Componentes On board e Off board Muitas placas mãe permitem o upgrade
Modificação da velocidade do clock,
tipo de processador...
Pri
nci
pal p
laca
do c
om
pu
tador
Barramento Percurso elétrico que conecta UCP, memória e
outros dispositivos de hardware da placa-mãe O barramento é a estrada que permite a
comunicação com o processador, que é compartilhada por todos os periféricos conectados a este barramento
Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit de cada vez 8 linhas 1 byte, 32 linhas 4 bytes
Tipos: Endereços, Dados e Expansão (ou Slot)
Barramento Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega
1 bit de cada vez Barramento de 8 linhas 1 byte Barramento de 32 linhas 4 bytes
Exemplos de padrões de barramento de expansão: ISA (Industry Standard Architecture), MCA (Microchannel Architecture), EISA (Extended Industry Standard Architecture), VLB (Vesa Local Bus), PCI (Peripheral Component Interconnect), AGP (Accelerated Graphics Port), USB (Universal Serial Bus)
Padrões de Barramento
Padrão ISA Os dados são transmitidos em 8 ou 16 bits Suas origens remontam o PC XT com
processador 8086/8 e atualmente é uma limitação dos mais recentes programas, especialmente em multimídia, servidores de rede, CAD/CAM
Ainda encontrados em placas de som e modem
Padrões de Barramento
Padrão MCA Desenvolvido com o surgimento dos
processadores 386 Os dados são transmitidos em 32 bits 2.5 vezes mais rápido que o ISA de 16 bits Desenvolvido pela IBM Alto custo Incompatibilidade com o ISA Arquitetura fechada
Padrões de Barramento
Padrão EISA Os dados são transmitidos em 32 bits Pode-se conectar placas padrão ISA
Mantém a compatibilidade e preserva investimentos em placas já feitos
Mais rápido que o ISA (2 vezes) mas nem tanto quanto o MCA
Alto custo
Padrões de Barramento
Padrão VLB Os dados são transmitidos em 32 bits Mais rápido que o EISA e o MCA Compatível com o ISA (2 conectores para ISA + 1
para destinado a transferência de dados a altas velocidades permitidas pelo VLB)
Utilizado por placas de vídeo (principais prejudicadas pelos barramentos lentos)
Custo menor que seus concorrentes Desenvolvido para trabalhar com processadores 486
Padrões de Barramento
Padrão PCI Os dados são transmitidos em 64 bits Desenvolvido inicialmente pela Intel Desenvolvido para o Pentium e para o
Pentium Pro Mais barato e versátil que o VLB Alto desempenhoP
ad
rão
Padrões de Barramento
Padrão AGP Desenvolvido para as placas de vídeo
mais modernas (3D) e processadores Pentium II
2 vezes mais rápido que o PCI Permite a placa de vídeo acessar
diretamente a memória para armazenar texturas sem que os dados passem pelo processador
Padrões de Barramento
Padrão USB Novo padrão para a conexão de
periféricos externos Facilidade de uso Possibilidade de conectar vários
periféricos a uma única porta USB Considerado 1º barramento para micros
realmente Plug-and-Play
Clock
Coração do computador Emite pulsos elétricos que se propagam pelo barramento
Movido por um cristal de quartzo localizado na placa mãe As moléculas deste cristal vibram milhões/bilhões de vezes por
segundo, em velocidade constante
As vibrações são usadas para cronometrar operações de processamento e ditar a velocidade de transferência de dados
Expresso em termos de frequência – Hertz (Hz) 1 Hz = 1 ciclo por segundo (1 operação realizada a cada ciclo)
Exemplo: Computador de 1 GHz emite 1 bilhão de pulsos elétricos por segundo – 1 bilhão de realizadas por segundo
O processador não possui gerador de clock. Opera multiplicando o sinal recebido da placa mãe
Microprocessador (UCP)
Cérebro de um microcomputador Sempre está em evolução
Relação do processador e a quantidade de transistores
Relação do processador e a quantidade de transistores
Microprocessador (UCP) Relação do tamanho do transistor em cada década/processador:
Década de 70 Intel 4004 (1971) 15 mícrons 8088 (1979) 3 mícrons (do tamanho de um vírus)
Década de 80 486 1 mícron
Década de 90, Pentium III 0.18 mícron (do tamanho de uma molécula de DNA)
Atualmente Pentium 4 e Athlon 0.13 mícron
Por volta de 2012 0.02 mícron (algumas dezenas de átomos de outro)
Um mícron equivale a 1 milésimo de milímetro,
ou a 1 milionésimo de metro
Um mícron equivale a 1 milésimo de milímetro,
ou a 1 milionésimo de metro
Ou 20 nanômetros
Nanotecnologia, Computação Quântica
Ou 20 nanômetros
Nanotecnologia, Computação Quântica
Microprocessador (UCP)
1978- 8088 (i8/e16 bits, 5 MHz) rodava DOS e manipulava textos e números, mas os gráficos eram muito pobres 1982 - 80286 (16 bits, 6 a 12 MHz) principal avanço: trabalhar em modo real (compatível com 8088) e em modo protegido (manifestando seu potencial – acesso à memória, multitarefa) 1985 - 386 (SX: e16/i32 / DX: 32 bits, 16 a 33 MHz) acessa 4GB de RAM. Possível alternar entre modo real e protegido. Tinha potência suficiente para suportar uma interface gráfica - foi o início da era Windows. 1989- 486 (32 bits, 25 a 100 MHz) cache (8 KB) e coprocessador aritmético interno 1993- Pentium (i32/e64 bits, 60 a 300 MHz) coprocessador remodelado. Cache (16 KB). 2002/2003- Athlon (64 bits) acessar 32 TB de RAM 2003 – Power Mac Ou G5 – Apple (64 bits) 2003/2005 – Pentium 4 (64 bits, 3 a 3,8 GHz) Cache (166 KB)
Ano, Processador, Barramento e Frequência
Tecnologia relacionada ao número de instruções de
processamento que podem ser reconhecidas
CISC (Complex Instruction Set Computing) Conjunto Complexo de Instruções
RISC (Reduced Instruction Set Computing) Conjunto Reduzido de Instruções
• Reconhece mais de uma centena de instruções
• É mais lento na execução das instruções (quanto > número de instruções > tempo)
• A maioria dos microprocessadores são CISC
CISC
• Reconhece um número limitado de instruções que, em contrapartida, são otimizadas para que sejam executadas com mais rapidez
• Redução do conjunto de instruções ao mínimo: as instruções não contempladas são executadas como combinações das existentes
• Desempenho de 50-75% superior a um CISC
RISC