hardware: principais componentes e suas funções doutor luiz silveira júnior 18 de agosto de 2009

Hardware:Principais Componentes e Suas Funções

Doutor Luiz Silveira Júnior

18 de Agosto de 2009

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Roteiro

O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Definição de Sistemas Computacionais Considerações de Projeto Primeiras tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Características dos Componentes Modernos Funcionalidades: Os Drivers Requisitos de Desempenho

Evolução dos Componentes de Hardware Mudança do Paradigma: Paralelo/Serial Aumento da presença de chipsets dedicados

Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos Introdução Exemplos de boas práticas

Futuro: Componentes de Um Computador Quântico

Conclusões

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Parte I - O Papel do Hardwarenos Sistemas Computacionais

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O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Modernos

Sistema Computacional é um conjunto de componentes integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulações com dados, isto é, realizar algum tipo de operação com os dados de modo a obter uma informação útil.

Alan Turing Princípio da Máquina de TuringProcessar informação...

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O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais

Pesquisa de Componentes...Considerações de Projeto:

Estrutura – modo como os componentes estão inter-relacionados.

Função – a operação de cada componente individual como parte da estrutura.

Pascal construiu a máquina com 19 anos.

1642

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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros Computadores Década de 1930Década de 1930 – Konrad Zuse (alemão)

construiu uma série de máquinas de calcular automáticas usando relés eletromecânicos.

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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros Computadores 1944 - Mark I (Howard Aiken) - primeiro computador

eletromecânico construído

Construção do Mark II (Sucessor do Mark I) – Computadores a relé já estavam obsoletos.

Características do Mark ICaracterísticas do Mark I

18 metros de comprimento 2 metros de largura Peso - 70 toneladas. 7 milhões de peças móveisFiação alcançava 800 Km.Tinha 72 palavras de 23 dígitos decimaisTempo de execução de uma instrução – 6 segundos.

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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresComputadores Eletrônicos: Segunda Guerra Mundial

19391939 – Ingleses aprendem a decodificar as mensagens. – Ingleses aprendem a decodificar as mensagens. ProblemaProblema – dificuldade de decodificação.– dificuldade de decodificação.SoluçãoSolução - - COLOSSUSCOLOSSUS

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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresComputadores Eletrônicos: Segunda Guerra Mundial

Características:Características:- Válvulas.- Válvulas.- 5 mil caracteres /seg- 5 mil caracteres /segCapaz de quebrar o código Capaz de quebrar o código da segunda geração de da segunda geração de máquinas ENIGMA. máquinas ENIGMA. No final da guerra, dez No final da guerra, dez Colossus em operação Colossus em operação constante permitiam que os constante permitiam que os ingleses soubessem melhor ingleses soubessem melhor que o comando alemão onde que o comando alemão onde se encontravam seusse encontravam seus submarinos.submarinos.

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30 June 1945 – John von Neuman

Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros Computadores

Componentes básicos1. Memória2. Unidade Aritmética Lógica3. Unidade de controle4. Dispositivos de

entrada/saída

Mesma composição básica de umcomputador eletrônico digital

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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresENIAC (Eletronic Numerical

Integrator And Computer)

Características

1. A válvula é o componente básico1. Grandes dimensões2. Esquentava muito3. Gastava muita energia

elétrica4. Tinham, dispositivos de

Entrada/Saída primitivos (através da cartões perfurados).

5. Eram aplicados em campos científicos e militares.

6. Linguagem de programação: linguagem de máquina.

7. Operações internas mediam-se em milissegundos.

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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresAdvento do Transistor

CaracterísticasTamanho menor que a válvula

1. Esquentava menos2. Gastava menos

energia elétrica3. Mais durável e

confiávelO transistor possibilitou o desenvolvimentoda Microeletrônica. Com este, foram possível obter desde Processadores, Células de Memória à diversos Chips, fazendo parte da arquitetura presente na maioria dos SCs.

Shockeley, Bardeen e Brattain em frente à bancada experimental onde demonstraram o transistor.

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Características dosComponentes Modernos

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Memória de um computador subsistema - construída de vários componentes (vários tipos diferentes de memória) interligados e integrados, com o objetivo de armazenar e recuperar informações.

Conceitos ImportantesConceitos Importantes

1. Tempo de acesso2. Capacidade3. Volatilidade4. Tecnologia de

fabricação5. Temporariedade6. Custo

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.


Alta VelocidadeAlto CustoAlto Custo

Baixa Capacidade

Baixa VelocidadeBaixo CustoBaixo Custo

Capacidade elevada

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READ ACCESS MEMORY - RAM Chips de memória de 4 MB

Conector


Vantagens Desvantagens

RAM Dinâmica Barata, Baixo consumo, alta densidade

Necessita de atualização, Lenta

RAM Estática Rápida, não necessita de atualização

Maior custo, maior consumo de energia

Memória Principal

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Tipos de Memória e Encapsulamento

Unidade de memória – grupo de chips, em geral 8 e 16, montado em uma placa de circuito impresso.

Denominações: SIMM (Single in Line Memory Module) – uma linha

de conectores em apenas um lado da placa. DIMM (Dual in Line Memory Module) – uma linha

de conectores em ambos os lados da placa. SO-DIMM (Small Outline DIMM) – DIMM

fisicamente menor, utilizada, por exemplo, em notebook


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Tipos de Memória e Encapsulamento

DDR - Double Data Rating é a tecnologia que substituiu as tradicionais memórias DIMM de 168 pinos.

Tipo de memória baseado na tecnologia SDRAM. Podem realizar o dobro de operações por ciclo de clock.

Exemplo: uma memória DDR de 266 MHz trabalha, na verdade, com 133 MHz. Como realiza duas operações por vez, é como se trabalhasse a 266 MHz (o dobro).

Dual DDR - baseia-se na idéia: em vez de utilizar uma única controladora para acessar todos os slots de memória da placa-mãe, por que não usar duas controladoras ao mesmo tempo? Essa é a principal diferença do esquema Dual DDR.

DDR 2 - Evolução da DDR, não é compatível com placas-mãe que trabalham com memória DDR.


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Read Only Memory ROM

EPROM- É um tipo de ROM especial que pode ser programada pelo usuário. Seu conteúdo pode ser apagado pela exposição a raios ultravioletas.

EEPROM- É também um tipo especial de ROM muito semelhante á EPROM, tendo como diferença apenas o fato de que seu conteúdo é apagado aplicando-se uma voltagem específica em um dos seus pinos de entrada.

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Características dosComponentes ModernosMemória Cache

É uma memória de alta velocidade que faz a interface entre o processador e a memória do sistema.

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Memória Cache:

Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Cache para a Memória PrincipalPrincipal (RAM cache) (RAM cache), Cache para Disco.

Memória Cache:

Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Cache para a Memória PrincipalPrincipal (RAM cache) (RAM cache), Cache para Disco.

Algoritmos de substituiçãoLRU (Least Recently Used) – substituir o bloco usado menos recentemente.FIFO (First-in-first-out) – substituir o bloco que está no conjunto há mais tempo.LFU (Least Frequently Used) – substituir o bloco que foi utilizado menos vezes. Outra técnica - substituir aleatoriamente uma das linhas candidatas.

Algoritmos de substituiçãoLRU (Least Recently Used) – substituir o bloco usado menos recentemente.FIFO (First-in-first-out) – substituir o bloco que está no conjunto há mais tempo.LFU (Least Frequently Used) – substituir o bloco que foi utilizado menos vezes. Outra técnica - substituir aleatoriamente uma das linhas candidatas.

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Características dosComponentes ModernosBarramento

Meio pelo qual se dá a transmissão de sinais digitais com os quais o processador comunica-se com os outros dispositivos

Barramento de E/SPlaca gráfica Rede Placa de Som Mouse Teclado Modem etc

Exemplos:Exemplos:

* ATA * SATA * SCSI

Barramento de Dados

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Características dosComponentes ModernosBarramento

Meio pelo qual se dá a transmissão de sinais digitais com os quais o processador comunica-se com os outros dispositivos

Barramento de E/SPlaca gráfica Rede Placa de Som Mouse Teclado Modem etc

Exemplos:Exemplos:

* AGP * AMR * EISA * FireWire * IrDA * ISA * MCA * PCI * PCI Express * Pipeline * VLB * VESA * USiB

Barramento de Expansão

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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Peripheral Component Interconnect ( PCI )

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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Accelerated Graphics Port ( AGP )

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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Small Computer System Interface ( SCSI )

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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Serial Advanced Technology Attachment ( SATA )

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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: USB / FIREWIRE

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Funcionalidades

Definição de Driver:

O hardware dedicado exige componentes de softwares, tornando possível ao sistema operacional realizar o seu controle,ou seja, a ele mesmo “funcionar”.

Quem desenvolve e fornece os drivers são os próprios fabricantes do hardware..

Exemplos de Drivers:

Programa de Instalação de Impressora, scanner, Placa de som, placa de vídeo...

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Requisitosde Desempenho

O que garante o bom desempenho do sistema computacional ???

Não adianta ter um processador com extrema capacidade de processamento de instruções por segundo, se os dados trafegam por vias estreitas (barramento de baixas velocidade), se a memória principal está mal dimensionada (pouca quantidade de MB/aplicação), ou se a velocidade de transferência do disco é baixa, devido a sua alta fragmentação, ou se os drivers estão desatualizados...

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Parte II - Evolução dos Componentes de Hardware

Computador – Estrutura interna

1. Unidade Central de Processamento (UCP)

2. Memória Principal3. Entrada/Saída4. Sistema de interconexão

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Evolução dosComponentes de HardwareNos Barramentos, mudança do Paradigma: Paralelo/Serial

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Evolução dosComponentes de HardwareAumento da presença de chipsets dedicados

Boa velocidade nos barramentosDrivers bem projetados

Nova oferta de funcionalidades, com aproveitamento da estrutura instalada.

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Parte III - Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos

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Funcionalidades Complexas & Convergência de DispositivosDSP – O mini computador

O papel do Processador Digital de Sinais - DSP

IPhone, um exemplo de boa prática

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Parte IV – Futuro. Computador Quântico

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Futuro: Componentes deum Computador Quântico

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Parte V - Conclusões

hardware: principais componentes e suas funções doutor luiz silveira júnior 18 de agosto de 2009

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