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FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃOFUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO

Aula 1 - Parte 2Aula 1 - Parte 2

Instrutor.: Frank S. Fernandes BastosFrank S. Fernandes Bastos ([email protected])

Foco.: Adiquirir conhecimento preparatório para Concurso referente itens complementares sobre fundamentos

Público.: Estudantes de concurso específico

Local.: Sala de aula - Obcursos

Número Slides.: 40 (incluindo este)

Adquirir conhecimentos complementares sobre os fundamentos relativo a arquitetura de computadores.

OBJETIVOSOBJETIVOS

Mother Board BásicaMother Board Básica

Slot´sSlot´s

Para que seja possível conectar placas que adicionam funções ao computador, é necessário fazer uso de slots de expansão. Esses conectores permitem a conexão de vários

tipos de dispositivos. Placas de vídeo, placas de som, placas de redes, modems, etc, são conectados nesses encaixes. Os

tipos de slots mais conhecidos atualmente são o PCI (Peripheral Component Interconnect) - item C1 -, o AGP

(Accelerated Graphics Port) - item C2 -, o CNR (Communications Network Riser) - item C3 - e o PCI Express (PCI-E). As placas-mãe mais antigas apresentavam ainda o

slot ISA (Industry Standard Architecture).A placa-mãe vista acima possui um slot AGP (usado

exclusivamente por placas de vídeo), um slot CNR (usado para modems) e cinco slots PCI (usados por placas de rede, placas de som, modems PCI, etc). A tendência atual é que tanto o slot AGP quanto o slot PCI sejam substituídos pelo

padrão PCI Express, que oferece mais recursos e possibilidades.

Complemento de aulaComplemento de aula

ANALISTA – TER - RN - Tipo A - 2005ANALISTA – TER - RN - Tipo A - 2005

BARRAMENTOSBARRAMENTOS

O Barramento ISA (Industry Standard Architecture) é formato por slots que trabalham com 8 e 16 bits por vez. Além disso, em placas-mãe

antigas, o barramento ISA era usado internamente para a comunicação entre o processador e alguns chips presentes na placa-mãe.O ISA surgiu no computador IBM PC, na versão de 8 bits e

posteriormente, chegou ao IBM PC AT, passando a usar 16 bits de

dados por vez (provando que trata-se de um barramento antigo).


Criado pela Intel na época do desenvolvimento do processador Pentium, o barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) é

utilizado até hoje. O motivo de tanto sucesso se deve à capacidade do barramento de trabalhar a 32 ou 64 bits, o que oferecia altas taxas de

transferência de dados. Só para dar uma noção, um slot PCI de 32 bits pode transferir até 132 MB por segundo. O PCI também foi considerado

"revolucionário" por suportar, até então, o poderoso recurso Plug and Play (PnP), que permitia que a placa instalada num slot PCI fosse

automaticamente reconhecida pelo computador.


Visando obter uma maior taxa de transferência entre a placa-mãe e as placas de vídeo (principalmente para uma melhor performance nas aplicações 3D), a Intel desenvolveu um barramento especialmente desenvolvido para a comunicação com o vídeo: o barramento AGP

(Accelerated Graphics Port).


Universal Serial Bus (USB) é um tipo de conexão PLUG AND PLAY que permite a conexão de periféricos sem a necessidade de desligar

o computador.

O USB foi concebido na óptica do conceito de Plug and Play, revolucionário na altura da expansão dos computadores pessoais,

bem como minimizar o esforço de concepção de periféricos, no que diz respeito ao suporte por parte dos sistemas operacionais (SO) e

hardware. Assim, surgiu um padrão que permite ao SO e à placa-mãe diferenciar, transparentemente:


O padrão USB permite ao SO e à placa-mãe diferenciar, transparentemente:

• A classe do equipamento (dispositivo de armazenamento, placa de rede, placa de som, etc); • As necessidades de alimentação elétrica do dispositivo, caso este não disponha de alimentação própria; • As necessidades de largura de banda (para um dispositivo de vídeo, serão muito superiores às de um teclado, por exemplo); • Eventuais modos de operação internos ao dispositivo (por exemplo, máquina digital pode operar, geralmente, como uma webcam ou

como um dispositivo de armazenamento - para transferir as imagens).


A concepção do padrão USB, inicialmente, dividiu-se, formando dois grupos distintos:

UHCI, Universal Host Controller Interface, apoiado pela Intel, que transferia parte do processamento do protocolo para o software (driver),

simplificando o controlador eletrônico; OHCI, Open Host Controller Interface, apoiado pela Compaq, Microsoft e National Semiconductor, que transferia a maior parte do esforço para o controlador eletrônico, simplificando o controlador lógico (driver). Isto

gerou algumas incompatibilidades e lançou a ameaça de dispersão do padrão.

Na versão 2.0 deste protocolo, desta vez unidos sob o modelo EHCI, Enhanced Host Controller Interface, permitiu eliminar as falhas e reunir as

qualidades dos dois modelos anteriores.


FCC – TRE – RN – 2005 – Tipo 1FCC – TRE – RN – 2005 – Tipo 1

Barramentos proprietáriosBarramentos proprietários

Nos computadores, existiram outros barramentos, como o VLB, o MCA e o EISA. Mas também, existiram os barramentos proprietários, que

consistiam em barramentos de, geralmente, 32 bits, que certos fabricantes criaram para a conexão de placas especiais à seus

produtos. O grande problema desses barramentos, que foi inclusive, o motivo de sua extinção, era a falta de padronização.

AlimentaçãoAlimentação

O item D mostra o local onde deve-se encaixar o cabo da fonte que leva energia elétrica à placa-mãe.

Para isso, tanto a placa-mãe como a fonte de alimentação devem ser do mesmo tipo. Existem, atualmente, dois padrões para isso: o ATX e o AT (este último saiu de linha, mas ainda é utilizado). A placa-mãe da foto usa o padrão ATX. É importante

frisar que a placa-mãe sozinha consegue alimentar o processador, as memórias e a grande maioria dos

dispositivos encaixados nos slots. No entanto, HDs, unidades de CD e DVD, drive de disquete e cooler

(um tipo de ventilador acoplado ao processador que serve para manter sua temperatura em limites aceitáveis de uso) devem receber conectores

individuais de energia.


FCC – CEAL - Tipo 2 - 2005FCC – CEAL - Tipo 2 - 2005

Conectores I/OConectores I/O

O item E2 mostra as entradas padrão IDE (Intergrated Drive Electronics) onde devem ser

encaixados os cabos que ligam HDs e unidades de CD/DVD à placa-mãe. Esses cabos, chamados de

"flat cables", podem ser de 40 vias ou 80 vias (grossamente falando, cada via seria um "fiozinho"), sendo este último mais eficiente. Cada cabo pode suportar até dois HDs ou unidades de CD/DVD,

totalizando até quatro dispositivos nas entradas IDE. Note também que E1 aponta para o conector onde

deve ser encaixado o cabo que liga o drive de disquete à motherboard.

Existe também, um tipo de HD que não segue o padrão IDE, mas sim o SATA (Serial ATA)

BIOSBIOS

O item F2 aponta para o chip Flash-ROM e o F1, para a bateria que o alimenta. Esse chip contém um pequeno software chamado BIOS (Basic Input Output System), que é responsável por controlar o uso do hardware do computador e manter as informações relativas à hora e data. Cabe ao BIOS, por exemplo, emitir uma mensagem de erro quando o teclado não

está conectado. Na verdade, quando isso ocorre, o BIOS está trabalhando em conjunto com o Post, um software que testa os

componentes de hardware após o computador ser ligado.Através de uma interface denominada Setup, também presente na Flash-ROM, é possível alterar configurações de hardware, como velocidade do

processador, detecção de discos rígidos, desativação de portas USB, etc.

CHIPSETCHIPSET

O chipset é um chip responsável pelo controle de uma série de itens da placa-mãe, como acesso à memória, barramentos e outros. Principalmente

nas placas-mãe atuais, é bastante comum que existam dois chips para esses controles: Ponte Sul (I1) e Ponte Norte (I2):

Ponte Sul (South Bridge): este geralmente é responsável pelo controle de dispositivos de entrada e saída, como as interfaces IDE ou SATA. Placas-mãe que possuem som onboard (visto adiante), podem incluir o controle

desse dispositivo também na Ponte Sul;Ponte Norte (North Bridge): este chip faz um trabalho "mais pesado" e, por isso, geralmente requer um dissipador de calor para não esquentar

muito. Repare que na foto da placa-mãe em que esse chip é apontado, ele, na verdade, está debaixo de uma estrutura metálica. Essa peça é

dissipador. Cabe à Ponte Norte as tarefas de controle do FSB (Front Side Bus - velocidade na qual o processador se comunica com a memória e

com componentes da placa-mãe), da freqüência de operação da memória, do barramento AGP, etc.


ANALISTA – TER - RN - Tipo A - 2005ANALISTA – TER - RN - Tipo A - 2005

INTERFACESINTERFACES

SCSI é sigla para Small Computer System Interface. Trata-se de uma tecnologia criada para acelerar a taxa de transferência de dados entre dispositivos de um computador, desde que tais periféricos sejam compatíveis com a tecnologia. O padrão SCSI é muito utilizado para conexões

de HD (disco rígido), scanners, impressoras, CD-ROM ou qualquer outro dispositivo que necessite

de alta transferência de dados.As vantagens do SCSI não se resumem apenas à

questão da velocidade, mas também da compatibilidade e estabilidade.

É possível conectar até 15 periféricos numa única implementação SCSI. Cada um recebe um bit

que o identifica (ID SCSI).


Adaptadores Wide SCSI e Narrow SCSIÉ possível encontrar adaptadores Wide SCSI e Narrow SCSI. Ambos permitem uma velocidade maior no barramento (de 5 a 10 MHz). No

entanto, o Wide SCSI usa um cabo adicional de 16 ou 32 bits de largura para enviar dados, o que permite o dobro ou quádruplo da velocidade, respectivamente. Já o Narrow SCSI usa somente 8 bits de largura. A

tabela abaixo mostra o comparativo entre esses adaptadores:


O FireWire consegue ser até 30 vezes mais veloz que o padrão USB 1.1 (50 MB/s contra 1,5 MB do USB 1.1) e 60 vezes mais rápido que este

último com o FireWire 800, uma versão recente, que trabalha à taxas de 100 MB/s. É um barramento usado por vários tipos de equipamentos, entre eles drives removíveis, pen-drives, câmeras digitais, televisões,

impressoras, scanners, dispositivos de som, etc. É possível conectar ao mesmo tempo, até 63 aparelhos em um único barramento.


O padrão Fibre Channel foi definido pelo ANSI em 1994, como uma interface de transferência de dados, visando oferecer uma alternativa

para substituição das interfaces de armazenamento existentes, como a SCSI, por exemplo.

O padrão foi projetado para endereçar um meio comum de interligação para os três tipos diferentes de tráfego de uma rede de comunicação:

voz, dados e imagem. Suporta diversos protocolos de transporte, incluindo IP e SCSI, permitindo a utilização de cabeamento metálico ou

óptico na interface física, o que torna essa tecnologia única para atender às necessidades de armazenamento de dados e de comunicação em

redes de computadores.


FCC – TRE – RN – 2005 – Tipo 3FCC – TRE – RN – 2005 – Tipo 3


DISTÂNCIADISTÂNCIA

VELOCIDADEVELOCIDADE

DISCOS RÍGIDOSDISCOS RÍGIDOS

O disco rígido não é um dispositivo novo, mas sim uma tecnologia que

evoluiu com o passar do tempo. Um dos primeiros HDs que se tem notícia é o IBM 305 RAMAC. Disponibilizado

no ano de 1956, era capaz de armazenar até 5 MB de dados (um

avanço para a época) e possuía dimensões enormes: 14 x 8

polegadas. Seu preço também não era nada convidativo: o 305 RAMAC custava cerca de 30 mil dólares.


As trilhas são círculos que começam no centro do disco e vão até a sua borda, como se estivesse um dentro do outro. Essas trilhas são

numeradas de dentro para fora, isto é, a trilha que fica mais próxima ao centro é denominada trilha 0, a trilha que vem em seguida é chamada trilha 1 e assim por diante, até chegar à trilha da borda. Cada trilha é dividida em trechos regulares chamados de setor. Cada setor possui uma determinada capacidade de armazenamento (geralmente, 512

bytes).

Cilindro é a posição das cabeças sobre as mesmas trilhas de seus respectivos discos.

DMA e UDMADMA e UDMA

Antigamente, somente o processador tinha acesso direto aos dados da memória RAM. Com isso, se qualquer outro

componente do computador precisasse de algo na memória, teria que fazer esse acesso por intermédio do processador.

Com os HDs não era diferente e, como conseqüência, havia um certo "desperdício" dos recursos de processamento. A solução

não demorou muito a aparecer. Foi criada uma tecnologia chamada DMA (Direct Memory Access). Como o próprio nome diz, essa tecnologia tornou possível o acesso direto à memória pelo HD ou pelos dispositivos que usam a interface IDE, sem

necessidade do "auxílio" do processador.Quando o DMA não está em uso, normalmente é usado um

esquema de transferência de dados conhecido como modo PIO (Programmed I/O), onde, grossamente falando, o processador

executa a transferência de dados entre o HD e a memória RAM. Cada modo PIO existente trabalha com uma taxa distinta de transferência de dados, conforme mostra a seguinte tabela:

DMA e UDMADMA e UDMA

Os HDs IDE mais recentes trabalham com um padrão conhecido como Ultra-DMA (UDMA). Essa tecnologia permite a transferência de dados em uma taxa de, pelo menos, 33,3 MB/s (megabytes por segundo). O

padrão UDMA não funciona se somente for suportada pelo HD. É necessário que a placa-mãe também a suporte (através de seu

chipset), caso contrário, o HD trabalhará com uma taxa de transferência mais baixa. Veja o porquê: existe 4 tipos básicos de Ultra-DMA: UDMA

33, UDMA 66, UDMA 100 e UDMA 133. Os números nestas siglas representam a quantidade de megabytes transferível por segundo.

Assim, o UDMA 33 transmite ao computador dados em até 33 MB/s.


FCC - UFT - SP - Tipo 3 - 2005FCC - UFT - SP - Tipo 3 - 2005

Arquitetura SUNArquitetura SUN

Na arquitetura SUN o conceito de placa mãe tornou-se obsoleto. Blades,Board´s, I/O´s tomaram o lugar das antigas formas de

atribuição de recursos.

Arquitetura SUNArquitetura SUN

Família produtiva de servidores SUN

e450 6500 e10000 f15000 f25000

Arquitetura RISCArquitetura RISC

Processadores de Conjunto Reduzido de Instruções Computacionais ('Reduced

Instruction Set Computing' ou, abreviadamente RISC) são muito mais

velozes do que os processadores comuns (CISC). O termo 'Conjunto Reduzido de

Instruções' refere-se ao número de ciclos de clock que o processador leva para selecionar uma instrução. Processadores comuns levam

vários ciclos de clock para selecionar uma única instrução. Um chip RISC, por outro lado,

pode selecionar e executar uma instrução a cada ciclo de clock.

Vantagens RISCVantagens RISC

Velocidade Devido a tecnologia pipelined os processadores RISC alcançam duas a quatro vezes a

performance dos processadores CISC usando tecnologia de semicondutor equivalente e os mesmos valores de clock.

Simplicidade do HardwarePelo fato de um processador RISC trabalhar com instruções simples, o processador utiliza de menos espaço no chip, funções extras como circuito de gerenciamento de memória e

unidade aritmética armazenada num mesmo chip. Chips menores permitem que o fabricante armazenem mais dispositivos em uma única pastilha, o que pode baixar

consideravelmente o custo.

Instrução de máquina simples As instruções construídas para um processador RISC são simples e pequenas o que

aumenta a sua performance.

Desvantagens RISCDesvantagens RISC

A transição da arquitetura CISC para arquitetura RISC pode apresentar alguns problemas devido ao fato que os engenheiros de software podem ter problemas para fazer a

transição do código de memória de maneira correta.

Qualidade do Código A performance de um processador RISC depende diretamente do código gerado pelo programador. No caso de um código mal desenvolvido o processador pode gastar um

tempo demasiado na execução das instruções, isto faz com que a performance de uma máquina RISC dependa em grande parte da qualidade do código, gerado pelo

programador.

Expansão do Código O fato da arquitetura CISC trabalhar com instrução única com ações complexas e as

máquinas RISC trabalharem com instrução simples a transição do código pode acarretar problemas. O termo "expansão do código" refere-se ao aumento de tamanho que se obtém de um programa originalmente compilado para uma máquina CISC, ter sido recompilado para uma máquina RISC. A expansão vai depender da capacidade do

programador e a natureza do conjunto de instruções de máquina.

Composição de domíniosComposição de domínios

A arquitetura SUN prevê a utilização de domínios como sendo a estrutura básica de disponibilização ao usuário.

Um Domínio contém um sistema, que pode conter, uma ou mais board´s que por sua vez estão associados à um número específico de

processadores, memória e pode estar vinculado a uma ou mais I/O board´s.

As I/O board´s por sua vez estão ligadas à periféricos, sub-sistemas de discos e outros.

SPARCSPARC

SPARC (Scalable Processar ARChitecture - Arquitetura de Processadores Escaláveis) é uma arquitetura definida pela Sun

Microsystems. A arquitetura SPARC é inspirada na máquina RISC I de Berkeley, e seu conjunto de instruções e organização de registradores é

fortemente baseado no modelo RISC de ErkeleyEntre 1984 e 1987 a SUN Microsystems definiu o SPARC [SUN87]. O SPARC [GAR88] é uma arquitetura aberta com várias implementações

em silício, com compatibilidade binária assegurada através da obediência às definições propostas.

O SPARC é uma arquitetura RISC de 32 bits com "pipeline". Está dividido em duas partes: uma UNIDADE INTEIRA e uma UNIDADE DE

PONTO FLUTUANTE. Cada uma destas unidades tem seu próprio conjunto de registradores, todos de 32 bits.

Frank S. F. Bastos

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