arquitetura de comutadores estratégia concursos

Aula 00

Tecnologia da Informao p/ TRE-RS (Parte I) - Tc. Jud. Operao de Computadores -Com videoaulas

Professor: Victor Dalton

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Tecnologia da Informao para TRE/RS

Tcnico Judicirio Operao de Computadores Prof Victor Dalton Aula 00

Prof. Victor Dalton

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AULA 00: Organizao e Arquitetura de

Computadores (1 Parte)

SUMRIO PGINA Motivao para o curso 1 Apresentao 3 1. Hardware 4 1.1 Computadores - Consideraes iniciais 4 1.2 Arquitetura von Neumann 6 1.3 Placa-me 12 1.4 Unidade Central de Processamento 13 1.5 Memrias e dispositivos de armazenamento 20 Consideraes Finais 32

Ol a todos! E sejam bem-vindos ao projeto Tecnologia da Informao para o Tribunal Regional Eleitoral do Rio Grande do Sul!

A nossa proposta de trabalho apresentar um curso terico em PDF que habilitar voc a acertar questes de Tecnologia da Informao para este certame, baseado na banca CESPE, e reforado pelas principais bancas do mercado.

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Tudo o que um sonho precisa para ser realizado algum que acredite que ele possa ser realizado.

Roberto Shinyashiki

Vem comigo?

Permitam-me que eu me apresente.

Observao importante: este curso protegido por direitos

autorais (copyright), nos termos da Lei 9.610/98, que altera,

atualiza e consolida a legislao sobre direitos autorais e d

outras providncias.

Grupos de rateio e pirataria so clandestinos, violam a lei e

prejudicam os professores que elaboram os cursos. Valorize o

trabalho de nossa equipe adquirindo os cursos honestamente

atravs do site Estratgia Concursos ;-)

Observao importante II: todo o contedo deste curso

encontra-se completo em nossos textos escritos. As

videoaulas visam reforar o aprendizado, especialmente para

aqueles que possuem maior facilidade de aprendizado com

vdeos e/ou querem ter mais uma opo para o aprendizado.

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APRESENTAO

Eu sou Victor Dalton Teles Jesus Barbosa. Minha experincia em concursos comeou aos 15 anos, quando consegui ingressar na Escola Preparatria de Cadetes do Exrcito, em 1999. Cursei a Academia Militar das Agulhas Negras, me tornando Bacharel em Cincias Militares, 1 Colocado em Comunicaes, da turma de 2003.

Em 2005, prestei novamente concurso para o Instituto Militar de

Engenharia, aprovando em 3 lugar. No final de 2009, me formei em Engenharia da Computao, sendo o 2 lugar da turma no Curso de Graduao. Decidi ento mudar de ares.

Em 2010, prestei concursos para Analista do Banco Central (rea 1

Tecnologia da Informao) e Analista de Planejamento e Oramento (Especializao em TI), cujas bancas foram a CESGRANRIO e a ESAF, respectivamente. Fui aprovado em ambos os concursos e, aps uma passagem pelo Ministrio do Planejamento, optei pelo Banco Central do Brasil.

Em 2012, por sua vez, prestei concurso para o cargo de Analista Legislativo

da Cmara dos Deputados, aplicado pela banca CESPE, e, desde o incio de 2013, fao parte do Legislativo Federal brasileiro.

Alm disso, possuo as certificaes ITIL Foundation, emitida pela EXIN,

e Cobit Foundation, emitida pela ISACA. Tambm sou especialista em Planejamento e Oramento Governamental e em Direito Constitucional.

Aqui no Estratgia Concursos, j ministrei e ministro cursos para vrios

certames, como CGU, Receita Federal, ICMS/PR, ICMS/SP, ISS/SP, ICMS/RJ, ICMS/MS, ICMS/RS, ICMS/PE, ICMS/PI, ISS/Salvador, Banco Central, MPU, IBAMA, ANS, Ministrio da Sade, Polcia Federal, MPOG, PCDF, PRF, TCE-RS, AFT, ANCINE, TCDF, ANATEL, DATAPREV, Cmara dos Deputados, Caixa Econmica Federal, cursos para Tribunais, dentre outros. Alm disso, tambm ministro aulas presenciais em diversos Estados, cujo feedback dos alunos tem me impulsionado a continuar cada vez mais a ministrar aulas.

Pois bem, sem mais delongas, comecemos com Organizao e Arquitetura de Computadores.

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HARDWARE

1. HARDWARE

1.1 Computadores consideraes iniciais Nos dias atuais, o ser humano tornou-se mais dependente do que

nunca dos sistemas computacionais. Dentro de um carro, na palma da mo (sim, os smartphones e tablets so computadores), no seu ambiente de trabalho, em televisores inteligentes, nos videogames de ltima gerao... difcil encontrar uma pessoa que no precise interagir com uma mquina. S de curiosidade, voc lembra a ltima vez que passou 24 horas sem interagir com um computador? At pra estudar pra concurso voc precisa de um! Enfim,

Desde j, importante ter em mente a separao entre hardware e

software.

Computadores so dispositivos eletrnicos que se destinam

a receber e processar dados para a realizao de diversas

operaes.

Tecnicamente, podemos definir um computador como um

conjunto de circuitos e componentes integrados

(hardware) que podem executar operaes com rapidez,

ordem e sistematizao em funo de uma srie de

aplicaes (software), orientados para interao com o

usurio (peopleware).

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O hardware so os componentes fsicos de um computador, tudo aquilo que conseguimos pegar com as mos. Teclado, mouse, drives de DVD, placa-me, processador, discos rgidos...

Hardware: ilustrao

Por seu turno, o software so os componentes lgicos de um

computador. So os programas e aplicativos que, executados em uma mquina, desfrutam dos recursos do hardware para realizar operaes e apresentar algum resultado. Estamos falando dos sistemas operacionais (Windows, Linux), aplicativos (Word, Excel, Firefox), jogos...

Software: ilustrao

Obs: Uma mdia com um programa dentro um hardware que

carrega um software. O CD em si apenas hardware, e os arquivos que esto l dentro so o software.

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Por fim, aos seres humanos que interagem com os computadores dado o nome de peopleware. As pessoas so a razo de ser da existncia das mquinas, por enquanto..... at a Skynet assumir o controle, rs. (Se voc no entendeu essa piada, por favor assista o filme Exterminador do Futuro 2)

1.2 Arquitetura de von Neumann Os computadores, como os conhecemos HOJE, so estruturados em

cima da Arquitetura de von Neumann. John von Neumann (1903-1957), matemtico hngaro, idealizou, nos

anos 40, o que viria a ser a arquitetura bsica de funcionamento dos computadores. Embora um pouco antiga, e a despeito do avano tecnolgico, tal arquitetura permanece sendo o fundamento bsico para a constituio dos mais modernos computadores atuais.

Diagrama Simplificado de von Neumann

Essencialmente, von Neumann idealizou os seguintes componentes: 1) Dispositivos de entrada (teclado, mouse) fornecero

informaes ao computador, ou dispararo processos, e seus resultados sero percebidos pelos dispositivos de sada (monitor, impressora);

2) Uma unidade de memria, na qual dados e instrues so armazenados; e

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3) Uma CPU (Central Processing Unit, ou Unidade Central de Processamento), que ser o crebro do sistema; dentro dela, existir uma

4) ULA (Unidade Lgica e Aritmtica), capaz de realizar clculos; e uma

5) Unidade de Controle, para coordenar a comunicao da CPU com os componentes externos a ela.

Ainda, importante destacar a existncia dos registradores, que

so pequenas unidades de memria, que permitem CPU realizar seus clculos internamente.

Tanenbaum tambm ilustra a arquitetura de von Neumann,

evidenciando os registradores.

Arquitetura de von Neumann, por Tanenbaum

Esta imagem ainda nos mostra o barramento, que funciona como o

canal de comunicao entre os diversos dispositivos de um computador. Mas no se preocupe, veremos tudo adiante.

Enfim, para prosseguirmos no estudo do hardware, necessrio

compreender os principais componentes de um computador. A partir dos prximos tpicos, comearemos o estudo dos componentes mais relevantes.

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1.3 Placa-me Se, por um lado, o processador reconhecidamente o crebro de

um computador, eu me atrevo a dizer que a placa-me o componente mais importante de uma mquina. Esta apenas uma opinio pessoal, mas quero que voc preste ateno especial a este dispositivo.

A placa-me um conjunto de circuitos integrados, organizados em uma placa, que permite a integrao entre a CPU e todos os componentes, principais e/ou acessrios, que um computador venha a possuir.

Placa-me: ilustrao de componentes

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As placas-me, como todo bom componente tecnolgico, evoluem constantemente. Conectores e slots mudam conforme o surgimento de novos padres de performance e conectividade. Sobre estes ltimos, falaremos com mais propriedade quando falarmos de barramentos.

Ainda, cabe destacar que o fabricante do processador pode influenciar o desenho e algumas caractersticas da placa-me. Por exemplo, processadores Intel e AMD trabalham com memrias de velocidades diferentes, e isso influencia o barramento que a placa me ir possuir.

Contudo, algumas caractersticas permanecem as mesmas. Tomando a figura acima como exemplo, destaquemos alguns componentes comuns s placas-me:

Chipset: o chipset desempenha um papel essencial para a placa-me, auxiliando no controle de trfego que passa por ela. Via de regra, so dois estes controladores.

O chipset ponte norte controla o trfego que ocorre entre o processador, a placa de vdeo e a memria RAM, alm de fornecer canal para a comunicao com o chipset ponte sul. componente essencial para a performance do computador, uma vez que liga os dispositivos que exigem maior velocidade de comunicao.

* Front Side Bus (FSB) o barramento que intercomunica a CPU NorthBridge. pea chave para a performance da mquina!

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Chipset ponte norte: ilustrao

O chipset ponte sul controla o acesso ao disco rgido, aos componentes onboard da placa-me e aos demais dispositivos conectados nos slots da placa. Este chipset no determina o desempenho da mquina, mas dir qual a sua capacidade de conexo (n de portas USB, conexes SATA, PCI, etc...).

CPU e chipsets: ilustrao

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BIOS (Basic Input/ Output System Sistema Bsico de Entrada e Sada): um programa (software) pr-gravado pelo fabricante da placa-me e colocado em uma memria ROM (permanente), na placa-me do computador. Quando um computador ligado, a BIOS que inicializa a mquina, verificando as memrias, discos rgidos e dispositivos de entrada e sada. Somente depois do OK da BIOS que o sistema operacional do computador inicializado.

*Voc j configurou a BIOS do seu computador? Pressionando DEL, F2 ou F8 (a depender do fabricante), possvel verificar elementos bsicos, como a sequncia de BOOT da mquina, ou at mesmo a velocidade que o processador trabalha.

Costuma-se chamar de placa-me onboard aquela que possui alguns componentes integrados prpria placa. Para reduzir custos, alguns computadores podem possuir placas de vdeo, placas de modem, placas de rede ou placas de som integradas. Normalmente so componentes de qualidade inferior queles que so colocados em placas-me offboard, que precisam que tais placas acessrias sejam conectadas placa-me. Alm disso, os componentes onboard sobrecarregam o processador, diminuindo a performance da mquina como um todo.

O nico componente onboard que pode se conectar ponte norte de uma placa me a placa de vdeo onboard. Esta, inclusive, costuma roubar memria RAM do computador para trabalhar, ocasionando perda de performance.

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CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor Semicondutor Complementar de xido-metal): uma memria complementar, que guarda as informaes configuradas para a BIOS funcionar. Justamente por isso, o CMOS precisa de uma bateria de relgio, para manter estas informaes ativas, mesmo que o computador esteja desligado.

1.4 Unidade Central de Processamento (CPU) A Unidade Central de Processamento (CPU), doravante chamada de

processador, o crebro de um computador. um chip (circuito integrado), acoplado placa-me, responsvel por todos os clculos do computador, processando dados, executando as instrues em memria e integragindo com todos os componentes da mquina. No raro, o componente mais complexo (e caro) de um computador.

Processadores: ilustrao

A busca das instrues contidas em memria realizada pela Unidade de Controle, e o clculo propriamente dito (decodificao, interpretao) das instrues realizada pela Unidade Lgica e Aritmtica, com o auxlio dos Registradores.

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UC, ULA e Registradores: Ilustrao

A velocidade de comunicao entre os componentes internos do processador (UC, ULA, registradores), e, ainda, a sua comunicao com a memria cache (vista mais adiante) medida em ciclos por segundo. Um ciclo por segundo um Hertz, e esta a unidade de medida de velocidade de um processador. Ex: Processador Intel i7, 3.7Ghz.

Os processadores com vrios ncleos, teoricamente, podem executar mltiplas instrues ao mesmo tempo. A depender da arquitetura, cada core (ncleo) pode ter registradores prprios, e, inclusive, memria cache exclusiva. Contudo, ter dois ncleos, por exemplo, no implica, necessariamente, no dobro de velocidade. Isto porque depender da capacidade do programa que estiver executando utilizar os ncleos. Alm

Curiosidade: no incio dos anos 2000, acreditava-se que, em poucos anos, os processadores atingiriam a velocidade de 10GHz. Contudo, a alta frequncia destes circuitos implicava em temperaturas muito elevadas. A soluo que a indstria adotou, para continuar incrementando a performance de seus processadores, foi o aumento do nmero de ncleos, ou seja, a colocao de vrios processadores em um nico chip. Por isso que, atualmente, os melhores processadores comerciais continuam a oferecer velocidades que oscilam entre 2GHz e 4Ghz, ao invs de continuar a subir as velocidades dos processadores.

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disso, depende tambm das tarefas (instrues) que esto sendo executadas.

Para compreender isto, vamos fazer uma analogia simplria, a uma empresa com funcionrios. Carregar uma caixa por uma distncia X pode levar a metade do tempo, se voc usar dois funcionrios (cores) ao invs de um. Mas escrever um relatrio pode levar o mesmo tempo, seja com um funcionrio ou dois. Afinal, se um funcionrio ficar sentado olhando (ncleo ocioso) enquanto o outro escreve, no ocorre ganho de produtividade.

Utilizar todos os ncleos de um processador multicore ao mximo um desafio para os programadores de software, nos dias atuais.

1.4.1 Processadores RISC e CISC

Por mais complexos que sejam os programas e sistemas operacionais, quando os dados so manipulados dentro da ULA do processador, com o auxlio dos registradores, os processadores trabalham com um conjunto limitado de instrues.

Tais instrues podem ser formuladas segundo duas filosofias, que acabam por implicar na arquitetura dos processadores: a RISC e a CISC.

Os processadores RISC Reduced Instruction Set Computer trabalham com um conjunto muito pequeno de instrues. Como consequncia, os programadores possuem mais trabalho para desenvolver os seus programas, pois precisam combinar as instrues simples para realizar tarefas complexas.

Os processadores CISC Complex Instruction Set Computer, por sua vez, possuem um conjunto complexo de instrues guardado em seu interior. Como consequncia, o trabalho do programador facilitado, pois j existem instrues mais complexas para realizar algumas tarefas.

Na prtica, os processadores modernos utilizam um misto de ambas as filosofias, o chamado RCISC. Os processadores considerados RISC utilizam algumas instrues complexas, bem como os processadores CISC utilizam algumas instrues reduzidas.

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Os processadores comerciais da Intel e AMD so considerados CISC.

Os processadores RISC foram moda na dcada de 80 e 90, por possurem arquitetura mais simples, circuitos internos simplificados e serem mais baratos. Exemplos de processadores RISC so o Alpha, da DEC, o Sparc, da SUN, e o Power PC, da IBM.

1.4.2 Processadores de 32 bits e 64 bits

Voc j deve ter ouvido falar em aplicaes de 32 bits e 64 bits. Para entender essa evoluo, no custa nada eu contar uma historinha rpida.

Para os computadores domsticos, vigorou por muito tempo a chamada arquitetura x86, na qual se baseou os processadores 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, AMD K6, K6-2, e afins.

Esses processadores trabalhavam com palavras de 32 bits.

Palavra, por assim dizer, o tamanho mximo de bits com o qual o processador poderia trabalhar de uma vez s. Seja para fazer uma operao de soma, subtrao, enfim, o processador apenas conseguia lidar com caixinhas que coubessem at 32 bits.

Palavra de 32 bits: ilustrao

Contudo, para poder se comunicar com a memria RAM, o processador se vale dessa palavra para apontar os endereos de memria. Com uma palavra de 32 bits, operando em binrio, implica em enxergar memrias de tamanho at 2, ou seja, 4GB (Gigabytes) de RAM!

Com o avanar das configuraes dos computadores, percebeu-se que manter a palavra de 32bits seria insustentvel no longo prazo. Por isso, surgiu a arquitetura x64, capaz de lidar com palavras de 64bits. Alm de resolver, por ora, o problema de memria [64 bits permitem trabalhar com at 16TB (Terabytes) de RAM, em tese], palavras mais extensas aumentam o poder de clculo do processador. Por isso, sistemas

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operacionais e aplicativos mais novos, para desktops, notebooks e celulares, esto migrando para os 64 bits.

E, no custa destacar, arquiteturas de hardware de 64 bits so retrocompatveis com software de 32 bits.

1.4.3 Processadores comerciais

A indstria de processadores para computadores e notebooks domsticos, nos dias atuais, dominada pela Intel, com a AMD correndo por fora, ocupando uma pequena fatia do mercado. No focaremos na indstria para smartphones e tablets, nem no universo Apple, que possui arquitetura prpria para seus produtos (a Apple fabrica seu prprio hardware e software).

Seus principais processadores so:

Intel i3, i5 e i7 linha nobre

Intel Celeron baixo custo

Intel Xeon para servidores

Intel core 2 Duo e core 2 Quad mais antigos

Intel Pentium IV - obsoleto

AMD FX linha nobre

AMD Opteron para servidores

AMD Sempron, Phenom II, Athlon mais antigos

AMD K6-3, K6-2 - obsoleto

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Os processadores mais modernos da Intel da linha domstica adotam a pinagem Socket R, conhecido como o padro LGA 2011, enquanto a AMD usa a pinagem Socket AM3+. As pinagens podem variar conforme o tipo de processador, e quem monta computadores no brao precisa prestar ateno na compatibilidade entre a pinagem (nmero e posicionamento dos pinos) do soquete da placa-me com o processador.

Pinagem Socket R (esquerda) e Socket Am3+ (direita): ilustrao

De qualquer forma, sempre interessante entrar nos sites:

http://ark.intel.com/pt-br; e

http://www.amd.com/pt-br/products/processors;

para manter-se atualizado a respeito dos ltimos lanamentos de processadores. L, ainda, voc pode conhecer um pouco mais sobre as especificaes tcnicas dos mesmos.

interessante que o usurio final tenha em mente que no apenas a velocidade do processador que dita o desempenho da mquina.

A velocidade do processador diz apenas a velocidade com a qual o processador efetua seus clculos internos.

Podemos elencar alguns outros fatores relevantes, tais como:

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O clock da memria (velocidade com a qual o processador troca dados com a memria RAM);

O tamanho da memria cache (memria de alta performance, troca dados com o processador na velocidade do prprio processador);

Tamanho da memria RAM, velocidade do disco rgido, etc...

Contudo, supostas demais condies iguais, ou simplesmente ceteris paribus, no bom dialeto concurseiro, podemos afirmar que:

Quanto maior o clock do processador, mais rpida a mquina;

Quanto mais ncleos tiver o processador, melhor a sua performance;

Quanto maior for a memria cache, mais rpido ser o processador;

Quanto maior for o clock do FSB (Front Side Bus), melhor o desempenho da mquina;

Quanto maior for o clock da memria, melhor o desempenho da mquina;

Essas dicas so bacanas, tanto para questes de concursos, quanto para sua vida pessoal, na hora de escolher um computador. Concorda comigo?

1.4.4 Processadores ARM

Os processadores ARM (Advanced RISC Machine) so a categoria de processadores utilizadas atualmente por smartphones e tablets. Embora esses processadores no possuam a mesma performance que um x86 ou x64 podem oferecer, esses dispositivos so muito menores e consomem muito menos energia. Podem ser 32 ou 64 bits, e tambm podem ser multicore.

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Processador ARM: ilustrao

Alguns processadores ARM conhecidos so o Samsung Exynos e a

srie A dos processadores do iPhone (A7, A8,...). J comearam a fabricar processadores ARM para servidores. E no

me surpreenderei, se, um dia, essa arquitetura dominar o mercado.

1.4.5 Processamento paralelo e distribudo

Extrair o mximo de performance dos computadores sempre foi o maior desafio dos engenheiros de hardware e desenvolvedores de software.

Em se tratando de processamento, possvel elevar a performance

das aplicaes por meio de processamento paralelo ou distribudo. O processamento distribudo, sem delongas, realizado com

mltiplos computadores, operando em conjunto sobre uma mesma tarefa. E, quando dizemos computadores, estamos falando de mltiplas plataformas, cada qual com seus processadores e suas memrias.

O processamento paralelo, por seu turno, tem duas formas

gerais, a saber: paralelismo de instruo e paralelismo de processador. O paralelismo de instruo, tambm conhecido como PIPELINING,

visa otimizar as atividades de uma CPU. Grande parte do custo do

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processamento da CPU reside no ciclo busca instruo -> decodifica instruo (entender a instruo) -> busca operando -> executa instruo -> grava resultado.

No pipelining, utilizando estatstica, o processador realiza atividades

paralelas, como se fossem simultneas, por exemplo, decodificando a instruo ao mesmo tempo em que busca o operando. Desta forma, ele leva menos ciclos para realizar um conjunto de instrues.

No nvel de processador, mltiplos cores, compartilhando uma

memria em comum, dividem as tarefas. Os processadores multicore, presentes nos computadores e dispositivos portteis de hoje, so a soluo encontrada pelo mercado para aumentar a capacidade de processamento sem elevar o clock dos processadores, em virtude do problema do aquecimento.

1.5 Memrias e dispositivos de armazenamento Na arquitetura von Neumann, a memria aquele elemento do

computador no qual as informaes esto armazenadas, e podem ser acessadas e modificadas pela CPU, ao realizar as suas operaes.

Em uma mquina, existem diversos nveis de memria funcionando

simultaneamente, com as quais o processador intercambia dados. Tais memrias costumam ser classificadas sob a tica de uma Pirmide, em termos de custo, desempenho e capacidade de armazenamento:

Pirmide das memrias: ilustrao

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Sobre cada uma dessas memrias, ns veremos a seguir. 1.5.1 Registradores

Os registradores so memrias de altssima velocidade, integradas ao processador, utilizadas para a realizao interna de clculos pela ULA. Sua quantidade e tamanho variam de acordo com cada processador, mas, para voc ter uma ideia, a ordem de grandeza de um registrador est na casa dos bytes.

um tipo de memria carssimo. Afinal de contas, se fosse barato, seriam bem maiores!

Registradores: ilustrao.

Os registradores so considerados volteis, pois apenas armazenam informao quando energizados, ou seja, com o computador ligado.

1.5.2 Memria cache

A memria cache uma memria intermediria, situada logicamente entre o processador e a memria RAM. Sua finalidade reter os blocos de instrues mais utilizados prximo ao processador, diminuindo a necessidade de acesso memria RAM. Fisicamente, ela pode ficar dentro ou fora do processador, a depender de seu tipo.

Atualmente, a memria cache recebe a seguinte classificao:

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Tipo de memria

Descrio Localizao

L1 muito pequena, prxima CPU, e a mais rpida dentre os tipos de cache

Dentro do chip do processador

L2 maior e mais lenta que a L1 Dentro ou fora do chip processador

L3 maior e mais lenta do que a L2 Fora do processador, colocado na placa-me

O escalonamento em nveis L de cache reflexo do avano dos processadores, e duvido que uma L4 no esteja a caminho.

Com o avano dos processadores multicore, as arquiteturas de processadores tm dedicado a memria L1 para cada ncleo e utilizando a memria L3 de maneira compartilhada para todos os ncleos. Quanto memria L2, tem processador que compartilha a L2 por grupos de ncleos, outros colocam a L2 compartilhada para todos, enfim, varia muito com o nvel de performance e preo que o fabricante almeja. Afinal, se a memria cache mais barata do que os registradores, elas permanecem como memrias caras.

Distribuio de memria cache em uma CPU com 4 ncleos: ilustrao.

O princpio de funcionamento das memrias cache elementar: quando a CPU precisa de uma informao na memria, primeiro ele acessa a memria L1; caso no encontre, ele busca na L2 e assim

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sucessivamente; caso a informao no esteja em cache algum, a sim ele vai buscar a informao na memria RAM.

Antes que voc pergunte: SIM, a performance do processador bem melhor tentando achar as informaes em cache, do que se houvesse apenas a memria RAM para buscar diretamente.

O tamanho da memria cache dos processadores varia bastante. Atualmente, os cache L1 continuam na casa dos kilobytes, mas j temos memrias L3 passando dos 30 megabytes de tamanho (famlia Xeon da Intel).

interessante aproveitar o momento que estamos falando de memria cache para apresentar uma variao da Arquitetura de von Neumann, a chamada Arquitetura Harvard.

As operaes em um processador envolvem dados e instrues (tambm chamados operandos). Na Arquitetura clssica de von Neumann, existe uma nica memria e um nico barramento para acessar essa memria, e o acesso a dados e instrues ocorre em um nico meio.

Na Arquitetura Harvard, memrias exclusivas para dados e memrias exclusivas para instrues, permitindo o acesso simultneo a ambos, por meio de barramentos distintos. Assim sendo, possvel ter um desempenho melhor, pois o processador pode ler instrues e executar outras ao mesmo tempo (tcnica conhecida como pipelining).

Arquitetura von Neumann x Arquitetura Harvard: ilustrao.

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Na prtica, a implementao da Arquitetura Harvard se d por meio da destinao de caches exclusivos para dados e caches exclusivos para instrues. Os processadores ARM so exemplos tpicos de dispositivos que utilizam a arquitetura Harvard.

Os microcontroladores com arquitetura Harvard so tambm conhecidos como "microcontroladores RISC" (Computador com Conjunto Reduzido de Instrues), e os microcontroladores com uma arquitetura Von-Neumann, de "microcontroladores CISC" (Computador com um Conjunto Complexo de Instrues).

Von Neumann Harvard

Memria e Barramento nico para dados + instrues

Memria + Barramento para dados

Memria + Barramento para instrues

Melhor performance para execuo de instrues (pipelining)

microcontroladores CISC microcontroladores RISC

1) (CESPE ANTAQ Analista Administrativo Infraestrutura de TI 2014) Atualmente, os fabricantes de computadores tm adotado exclusivamente a arquitetura RISC para o desenvolvimento de chips para processadores, dado o melhor desempenho dessa arquitetura em relao arquitetura CISC. Errada! Na prtica, os processadores modernos utilizam um misto de ambas as filosofias, o chamado RCISC. Os processadores considerados RISC utilizam algumas instrues complexas, bem como os processadores CISC utilizam algumas instrues reduzidas.

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1.5.3 Memria de acesso aleatrio - Random Access Memory (RAM)

A memria RAM a memria responsvel por armazenar tudo que est em execuo, quando o computador est ligado. Ou seja, tambm uma memria voltil. Sua principal caracterstica precisar receber pequenos pulsos eltricos com frequncia para preservar os dados. como se ela fosse reescrita o tempo todo.

Existem os seguintes tipos de memria RAM:

Dynamic RAM (RAM Dinmica)

a memria utilizada como principal, no computador. Aquela qual fazemos aluso, quando nos referimos configurao de uma mquina. Por exemplo: Computador X, processador i7, 8 GB de memria, 2 TB de disco.

A quantidade de memria principal disponvel em um computador comum dispara em relao s memrias vistas anteriormente (cache, registradores). Afinal de contas, as mquinas atuais, inclusive os smartphones, possuem memria RAM na ordem de grandeza dos Gigabytes.

A DRAM uma memria que evoluiu muito com a arquitetura dos computadores. J existiram FPM RAM, EDO RAM... mas o padro que vigora atualmente a SDRAM, Syncronous Dynamic RAM.

A SDRAM uma memria cuja principal caracterstica possuir uma frequncia de operao (clock), sincronizado com o barramento do sistema.

Dentro do universo SDRAM, j houve o padro SIMM, DIMM. Contudo, o padro que vigora atualmente o DDR, Double Data Rate, chamada assim por causa da largura dupla de banda, permitindo maior envio de dados por clock.

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Pente de memria SDRAM: ilustrao.

Curiosidade: Atualmente, o padro DDR o DDR4. No sei se voc j prestou ateno, mas as memrias DDR SDRAM possuem um clock associado.

Ex: Memria Kingston (fabricante) 4GB DDR3 2133Mhz. Isto quer dizer que esta memria conseguir trocar informaes com o processador a 2133Mhz, caso o barramento de memria desse computador suporte tal velocidade. Pouca gente presta ateno, mas a velocidade do Front Side Bus e do barramento de memria de uma mquina so fundamentais para o desempenho da mesma.

Podemos at calcular a vazo de dados da memria com essa informao. Uma DDR3-2133 transfere 64 bits de dados (8 bytes) a 2133Mhz (2133 milhes de ciclos por segundo). 8 x 2133 = 17064 MB/s. No mercado, essa memria ainda recebe outro nome fantasia, PC3-17000, que indica aproximadamente o fluxo de dados, em MB/s.

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Static RAM (RAM Esttica)

o tipo de memria utilizada na memria cache.

Naturalmente, muito mais veloz (e cara) do que a DRAM.

Vdeo RAM

uma memria prpria para placas de vdeo, variante da DRAM. Nas placas de vdeo onboard, inclusive, esta memria pode ser subtrada da prpria memria DRAM.

Como principal caracterstica, a memria de vdeo consegue jogar dados para um monitor ao mesmo tempo que troca dados com o processador.

Atualmente, a arquitetura das placas de vdeo mais profissionais, voltadas para aplicaes grficas e jogos, so cada vez mais complexas, possuindo memria e processadores prprios.

Por muitos anos, a estratgia da AMD para ganhar mercado era comercializar computadores com processadores de clock similar aos da Intel, mas com FSB e memrias de clock mais lento. Isso levava a mquinas mais baratas e competitivas.

E, como os usurios, no final da dcada de 90 e incio dos anos 2000, apenas se preocupavam com o tamanho da memria RAM e com a velocidade do processador, a AMD avanou (e sobreviveu) no mercado. Muita gente comprando gato por lebre...

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2) (CESPE MPU Tcnico Tecnologia da Informao 2013) A memria cache tem a funo de acelerar a transferncia de informaes entre a unidade central de processamento e a memria principal. Correto. Partindo do princpio que a memria cache integra a memria principal do computador, a transferncia de informaes entre a CPU e a memria principal muito mais rpida do que se existisse somente a memria RAM.

1.5.4 Memria Virtual

Teoricamente, todos os programas em funcionamento, em um computador ligado, deveriam estar carregados na memria DRAM.

Entretanto, o sistema operacional, ciente de que a memria fsica nem sempre suficiente para executar todos os programas, reserva no

QUAL A MEMRIA PRINCIPAL DO COMPUTADOR?

A memria principal do computador aquela composta por todos os programas em execuo.

muito comum citar apenas a memria RAM como sendo a principal, uma vez que sua ordem de grandeza bem maior que as demais.

Porm, sendo literal, compem a memria principal do computador a ROM, os registradores, a memria cache e a memria RAM.

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disco rgido um espao que funciona como um prolongamento da memria RAM.

A essa memria adicional d-se o nome de memria virtual.

Logo quando o computador inicia, o Sistema Operacional cria a memria virtual. Por ficar no disco rgido do computador, ela ainda mais lenta do que a memria DRAM. Seu objetivo evitar que a memria DRAM se esgote e falte memria para o computador trabalhar.

Para minimizar a perda de performance, existem algumas tcnicas para a implementao da memria virtual. So elas:

1) Paginao: tcnica de gerncia de memria onde o espao de endereamento virtual e o espao de endereamento real so divididos em blocos do mesmo tamanho chamados pginas. O objetivo manter as partes (pginas) de um programa mais utilizadas na DRAM, e as menos utilizadas no disco rgido.

2) Segmentao: tcnica de gerncia de memria onde o espao de endereamento virtual dividido em blocos de tamanhos diferentes chamados segmentos. Mesma finalidade da paginao.

3) Segmentao com paginao: o espao de endereamento dividido em segmentos, e estes, por sua vez, por pginas.

Nos sistemas operacionais Linux, possvel dedicar um pedao do disco exclusivamente para a memria virtual, chamado de swap. Swap o nome dado troca de arquivos da memria virtual para a DRAM, e vice versa.

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1.5.5 Memria somente leitura (ROM Read Only Memory)

A memria ROM um tipo de armazenamento no-voltil, feito para preservar a informao mesmo na ausncia de alimentao.

Chip da BIOS em placa-me: exemplo tpico de memria ROM

Antigamente, a associao mental para ROM era saber que seus dados no poderiam ser apagados. Veremos, na classificao abaixo, que esta no mais uma verdade absoluta.

Os principais tipos de memria ROM so:

PROM (Programmable Read Only Memory)

Memria que s pode ser escrita uma nica vez. Os chips de BIOS, antigamente, usavam esse tipo de memria.

EPROM (Erasable Programmable Read Only

Memory)

Memria regravvel, por meio de luz ultravioleta.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable

Read Only Memory)

Memria regravvel eletricamente.

FEPROM (Flash Erasable Programmable Read Only

Memory)

Evoluo da memria EEPROM, que consome menos energia eltrica para gravao. Os chips de BIOS evoluram da PROM at a FEPROM. Atualmente, possvel atualizar as BIOS dos computadores, fazendo download de software prprio do fabricante.

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CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)

O famoso CD, que no permite modificaes em seu contedo.

DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only

Memory)

O DVD, que no permite modificaes em seu contedo.

BD-ROM (Blu-Ray Disc Read Only Memory)

O Blu-Ray, que no permite modificaes em seu contedo.

1.5.6 Memria secundria ou auxiliar

A finalidade deste tipo de memria o armazenamento no-voltil e mais extenso de dados e informaes.

O armazenamento secundrio muito mais barato e extenso. Como consequncia, o tempo de acesso e a velocidade de fluxo de dados mais lenta do que na memria principal, cache e registradores.

Podem compor o armazenamento secundrio:

Disco rgido, HDD (hard disk drive), winchester, ou simplesmente HD;

CDs, DVDs;

Pendrives, cartes de memria;

Discos rgidos externos;

Blu-Ray

Enfim, voc captou o esprito.

O mais importante aqui voc no se esquecer que o HD no faz parte da memria principal! Ele memria secundria.

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1.5.7 Comparativo entre memrias

De maneira grosseira, utilizando alguns parmetros como referncia, essa seria uma boa maneira de assimilar os diversos tipos de memria em um computador:

Memria Velocidade Volatilidade

Custo Local Ordem de Grandeza

Registrador absurdamente alta

sim muito alto processador Bytes

Cache muito alta sim alto dentro ou fora do processador

Kilobytes/ Megabytes

RAM alta sim mdio placa-me GigaBytes

Secundria (HD, DVD)

mdia/baixa no baixo conectado externamente

Gigabytes/Terabytes

CONSIDERAES FINAIS

E finalmente encerramos a aula demonstrativa!

A continuao desse assunto e a respectiva bateria de exerccios encontram-se na prxima aula. Espero rev-lo, como um aluno (a) efetivo (a).

Rumo aprovao!

Victor Dalton

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