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Introdução a Informática

Raphaeljoseraphael@dce.ufpb.br

Arquitetura de um Computador

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O que é um computador?

• Computadores são ferramentas– Servem para resolver problemas

• Sistemas computacionais possuem 3 características em geral:– Processamento– Memória (Armazenamento)– Comunicação

Periféricos

• Entrada:– Teclado, Mouse

• Saída:– Monitor, Impressora, Caixa de Som

• Entrada e saída:– Disquete, CD/DVD

Placa-mãe (Motherboard)

• Localizada dentro do Gabinete• Acomoda os principais componentes do computador:

– CPU (Central Processing Unit)– GPU (Graphics Processing Unit)– Memória RAM– Controladores (Chipset)– Conexão com outros dispositivos:

• Disco Rígido - HD (Hard Drive)• Placa de som• Placa de vídeo externa• ...

CPU

• Cérebro do computador• Executa as instruções dos programas que

estão na memória RAM• Le e escreve na memória RAM• Por esquentar muito, precisa de uma

ventoinha (cooler).• Pode ser criado de acordo com uma

arquitetura (x86, x64, ARM, etc)

Memória RAM

• Memória rápida• Utilizada para guardar os dados dos

programas que estão sendo executados• Memória volátil, ou seja, perde seu conteúdo

se o computador for desligado

Disco Rígido (HD)

• Memória lenta• Utilizada para guardar os programas instalados e os

arquivos dos usuários• Armazena a informação mesmo com o computador

desligado.• Um dos poucos componentes mecânicos de um

computador, por isso é um dos mais lentos.– Por exemplo, para iniciar a leitura de um arquivo, o HD

precisa posicionar o disco e o braço de leitura na posição correta.

Controladores (Chipset)

• O coração da placa-mãe• Responsáveis pela comunicação e

sincronização dos componentes do computador (CPU, memória, GPU, periféricos, etc)

• Não adianta ter os melhores componentes se o os controladores forem lentos, já que toda informação passa por eles.

Funcionamento básico de um computador

Funcionamento básico de um computador

• Para abrir um programa, este deve ser carregado do HD para a memória RAM.– Por isso que programas maiores demoram mais

para serem abertos.

Funcionamento básico de um computador

• Para executar um programa, ou seja, executar suas instruções que estão localizadas na memória RAM, a CPU executa 3 etapas:– Leitura: ler a instrução que está na memória RAM– Decodificação: entender qual instrução deve ser

executada– Execução: executar de fato a instrução• Durante a execução, dados podem ser escritos de volta

na memória RAM ou em outros dispositivos.

Funcionamento básico de um computador

• Para mostrar o resultado de uma operação a CPU pode mandar informações para a GPU (para mostrar imagens) ou escrever na placa de som (para tocar sons) ou outros dispositivos.

Funcionamento básico de um computador

• Cada programa aberto ocupa espaço na memória.• As vezes quando a memória está muito cheia, o

S.O. salva partes da memória que são raramente utilizadas (pelos programas) em uma região especial do HD chamada Memória Virtual.

• Quando um programa que foi enviado para a Memória Virtual precisa ser executado, ele precisa ser recarregado do HD para a memória RAM. Isso é chamado de Erro de Página ou Erro de Paginação.

Do Hardware ao Software

Transistor

• É um componente eletrônico básico da computação.

• Ele pode deixar passar corrente elétrica (1) ou interrompê-la (0).

Circuito Integrado (CHIP)

• Conjunto de vários transistores.• Um circuito integrado pode ser projetado para

executar diversos tipos de operações, desde somar até controlar a placa de som.

Processador (CPU)

• Conjunto organizado de vários circuitos.• Geralmente segue uma arquitetura (x86, x64,

ARM, etc) para que o software saiba como se comunicar com ele.

• O Intel i7 possui 731 milhões de transistores.

Kernel do S.O.

• Núcleo do sistema operacional. Invisível para os usuários.

• É ele que se comunica diretamente com o hardware.

Drivers

• Softwares utilizados pelo Kernel para se comunicar com dispositivos diversos.

• Por exemplo, o driver da câmera de vídeo é necessário para que o computador saiba como adquirir uma imagem dela.

• Praticamente todo dispositivo precisa de um driver, alguns precisam ser instalados, e outros já estão incluídos no sistema operacional.

Sistema Operacional (S.O.)

• Gerencia os recursos de hardware.– Os recursos podem ser: processamento, arquivos,

memória, etc.• Permite que programas rodem sobre ele.• Serve como abstração (simplificação) do

hardware. Dessa forma, os programas não precisam saber em que hardware estão sendo executados, quem cuida disso é o S.O.

Programas

• São conjuntos de instruções que rodam, geralmente, em cima do S.O.

• Podem ser compostos por um ou mais arquivos no HD. Quando maiores e mais numerosos forem os arquivos mais lenta será a abertura do programa.

• Existem alguns programas chamados “Interpretados” que são executados sobre outros programas.– Ex: Páginas de internet que rodam sobre o Browser;

Comandos que são executados pelo DOS, etc.