IDENTIFICAÇÃOMANUTENÇÃO

ESTRUTURA DOS MICROS PADRÃO PC

AULA 01

Sobre aula 1• Números binários e hexadecimais• Dispositivos digitais e analógicos• Circuitos integrados• Estrutura dos micros padrão PC• Micros de arquitetura aberta vs.

fechada• Processadores• Co-processadores• Memória• Chipsets

• Chipsets• Barramento• Reset• Clock• Slots de expansão• Interrupções• Acesso Direto à Memória• Endereços de I/O• Flat Cable• Jumpers e switches

Estrutura dos micros do padrão PC

PROCESSADOR• CPU: Central Processing Unit ou UCP – Unidade

Central de Processamento.• Toda programação é feita através de instruções.• Todo microprocessador tem um conjunto de

instruções• Toda CPU tem pelo menos duas partes básicas OU

duas centrais básicas chamadas de unidades de execução: – UNIDADE DE CONTROLE– UNIDADE LÓGICO-ARITMÉTICA

Unidade de controle• Coordena todas as atividades do computador.• Contém o conjunto de instruções, que é uma lista

de todas as operações que a CPU é capaz de executar.

• Cada instrução é acompanhada de um microcódigo – instruções bem básicas que dizem à CPU como executar a instrução.

• Compatibilidade ascendente: CPUs mais novas também rodam programas feitos para CPUs mais antigas.

Pode-se considerar o processador em si, como um grande conjunto que possui regras muito bem conhecidas de operação para que se obtenham

determinados resultados.

Unidade lógica e aritmética

• Conhecida por ALU – Arithmetic Logic Unit ou ULA – Unidade Lógica e Aritmética.

• Possui conjuntos especializados para somar, subtrair, multiplicar, enfim, circuitos capazes de realizar operações aritméticas e lógicas com dados representados na forma de números inteiros.

Co-processador

• Co-processador é um microprocessador utilizado para alguma tarefa especifica

• Co-processador aritmético chamado por vezes de FPU – Floating Point Unit (Unidade de Ponto Flutuante)

• A partir de 486 DX a Intel passou a embutir em todos os seus microprocessadores o co-processador matemático.

Memórias

• RAM (Randon Access Memory): volátil– O circuito da RAM recebe o nome de memória

dinâmica• ROM (Read-Only Memory): memória apenas de

leitura• Firmware: softwares armazenados na ROM

– BIOS: Basic Input/Output System– POST: Power-On Self Test– Setup: Configuração

BIOS

Ensina o processador a trabalhar com os periféricos mais básicos do sistema, tais como os circuitos de apoio, a unidade de

disquete e o vídeo em modo texto.

POST

• Inicializa todos os circuitos periféricos de apoio da placa-mãe

• Inicializa o vídeo• Testa a memória• Testa o teclado• Carrega o sistema operacional na memória• Entrega o controle do processador ao

sistema operacional

SETUP

Programa de configuração do hardware do computador

• O processador consegue ser bem mais rápido que a RAM: – Uma saída é fazer com que o processador

espere o tempo necessário para que a RAM possa receber novos dados.

– A outra, mais inteligente: utilizar uma pequena quantidade de memória RAM de alto desempenho, chamada de memória estática.

CACHE

BARRAMENTO LOCAL -FSB

• É o caminho do processador com a memória e o circuito de apoio chamado ponte norte– Barramento de dados: é por onde os dados

circulam– Barramento de endereços: é por onde a

informação de endereço é fornecida– Barramento de controle: informações adicionais

como, por exemplo, se a operação é de leitura ou escrita.

BARRAMENTO I/O

• O processador comunica-se com periféricos através de outros barramentos:– Barramentos PCI/ISA

CLOCK

• Responsável pelo sincronismo e harmonia dentro do computador

Reset

• Duas maneiras de se reinicializar o micro:– Chave RESET

• Efetuado por hardware– Ctrl+Alt+Del

• Efetuado por software• Por esta opção algumas sub-rotinas do POST não

são executadas• Em geral o POST começa a partir do passo

“Carregar o sistema operacional para a memória”

Memória de massa

• Disquetes– 3 ½” capacidade 1.44 Mbytes

• Discos rígidos – HD• CD-ROMs• Fitas magnéticas

Dispositivos de Entrada e Saída• Endereços I/O

– O processador comunica-se com os dispositivos de I/O através de uma área distinta e independente, chamada área de I/O.

Circuitos de Apoio

• Responsáveis por auxiliar o processador no gerenciamento do micro

• Chipsets: ponte norte e ponte sul

Controlador de Interrupçoes• Controlador de interrupções

– Um pedido de interrupção é um que fazemos ao microprocessador para que ele pare de executar as tarefas que estiver executando naquele determinado momento para atender ao periférico que pediu tal interrupção

Quadro de interrupções

Porta IDE secundáriaIRQ15

Porta IDE primáriaIRQ14

Co-processador matemático (conectado ao chipset)IRQ13

Mouse de barramento (bus mouse, mouse PS/2)IRQ12

(Normalmente disponível)IRQ11

(Normalmente disponível)IRQ10

Interface de vídeoIRQ9

Relógio de tempo real (conectado ao chipset)IRQ8

Porta paralelaIRQ7

Unidade de disqueteIRQ6

Placa de somIRQ5

COM1 e COM3 (comunicação serial)IRQ4

COM2 e COM4 (comunicação serial)IRQ3

Conexão em cascata (conectado ao chipset)IRQ2

Teclado (conectado ao chipset)IRQ1

Temporizador da placa mãe (conectado ao chipset)IRQ0

Acesso Direto à Memória (DMA)• Acesso direto à memória (DMA)

– O DMA permite a transferência de dados para a memória sem o conhecimento do processador.

– O barramento PCI emprega o bus mastering, que é muito mais rápido que o DMA padrão

Arquitetura aberta

• Qualquer fabricante poderia desenvolver micros e periféricos desse padrão

Placa mãe, slots

Slots PCI

chipset

SlotsISA

Slots para

RAM

Soquete para cpu

Instruções x86• x86 é o nome da parte principal do conjunto

de instruções que as CPUs conseguem interpretar.

• As instruções x86 são mais conhecidas pelos seus mneumônicos:– ADD – adição– MOV – mover dados para os registradores

• As instruções x86 são convertidas em pequenas ordens chamadas micro-operadores (uops).

x86: Assembler x86

• Mesmo assembler ainda não é compreendido pela CPU.

• O barramento frontal – FSB só compreende bits.– as vias elétricas só conseguem sinalizar zeros e

uns lógicos definidos por níveis de tensão.– o que corre no FSB é o que chamamos de

linguagem de máquina

O que ocorre no FSBA sequência

B8 85 FA em hexadecimal é equivalente a um

mov ax, FA85

carregar o acumulador (registrador) com o valor FA85, sendo que

B8 é o código da instrução mov ax

ALU

• O poder das ALUs vem aumentando a cada geração, mas mesmo assim sua generalidade de uso é incapaz de oferecer boa performance para operações mais exigentes, como aquelas que envolvem dados de ponto flutuante.

• Por software é possível fazer a ALU entregar os mesmos resultados de uma FPU, mas será necessário um tempo enorme de processamento

FPU

• 386 DX (1985) e 486 DX (1989) foram as primeiras CPUs a incorporar uma FPU

• Instruções x87: instruções que operam com ponto flutuante– Exemplo: FADD é a instrução equivalente da

ADD para ponto flutuante.– Normalmente x86 e x87 caminham juntas.

Sobre outras unidades de execução:MMX

• MMX: MultiMedia eXtensions• Desenvolvida pela INTEL• Introduzidas entre o fim de 1986 e começo de 1987.• 57 novas instruções• MMX não operam com dados do tipo ponto flutuante:

são nada mais do que ALU (sem a parte lógica) anabolizadas.

• Tipicamente, uma instrução MMX pode fornecer 4 resultados num único ciclo de clock: pelo menos 4 vezes mais volume do que uma instrução x86 equivalente.

3DNow!

• Lançado pela AMD• Permitem o processamento de dados do tipo

ponto flutuante com precisão simples sem seguir as regras do IEEE.

SSE

• Até o Pentium III a Intel ficou apenas com as MMX

• Com o Pentium III estrelaram as ISSE (Internet Streaming SIMD Extensions) depois conhecidas como SSE

• Com 70 novas instruções• Às vezes aparece MMX+, que são as

instruções MMX mais as SSE

Enhanced 3DNow!

• Somam 45 novas instruções:– 21 herdadas da primeira edição 3DNow!– das 24 novas:

• 19 constituem as chamadas MMX+• outras 5 funções especiais DSP (Digital Signal

Processing) e úteis para soft-modens, codificação de MP3 e áudio em geral.

SSE2

• Com 144 novas instruções que se somam às 70 originais

• Pentium 4 foi a primeira a reconhecê-las

Instruções do tipo SIMD

• SIMD: Single Instruction Multiple Data• MMX, 3DNow! e SSE são todas instruções

do tipo SIMD• Uma instrução faz operação em vários

dados.

Diagrama simplificado de um processador

Unidade de PF, MMX, ISSE, 3

DNow!

Unidade de Inteiros

Cache L1 Dados

Decodificador de Instruções

Cache L2

Cache L1 Instruções

BARRAMENTO FRONTAL - FSB

Arquitetura de uma placa mãe soquete 7

Processo Microeletrônico• Você verá inúmeras vezes, principalmente em relação a

novos processadores, referências à tecnologia empregada na construção da pastilha de silício, ou seja, à distância das trilhas que compõem a pastilha de silício, dada em mícron (μm)

Pentium IV

0,25 μmPentium III (katamai)

0,18 μmPentium III (coppermine)

1μm386

Processo microeletrônico

• Os elétrons chegam ao destino em menos tempo (ou seja, com maior velocidade)

• Maior frequência de operação• Menos consumo de energia elétrica• Menos produção de calor• Tensão de alimentação (voltagem) menor