sdac 12º - m9 tgei

L U I S F E R R E I R A ( W E B M A S T E R @ L A N A P T . C O M )

TÉCNICO DE GESTÃO DE

EQUIPAMENTOS INFORMÁTICOS

INTRODUÇÃO

MÓDULO 9 - Arquitetura de Computadores

Duração de Referência: 22 horas ( 26,4 aulas de 50 minutos)

1. Apresentação

Neste módulo, é efetuada uma abordagem à forma de organização e

funcionamento das arquiteturas de computadores, ao nível da realização e

operação interna dos componentes do computador, para o

processamento, armazenamento em memória e ações de entrada e saída da

informação.

Deverão ser adquiridos conhecimentos teóricos e práticos, estes últimos através

da realização de trabalhos laboratoriais sobre a arquitetura de

computadores, baseados nos processadores de um PC.

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

Identificar as principais famílias lógicas.

Conhecer as principais tipos de memória e suas células básicas.

Avaliar a arquitetura interna de um sistema de um PC.

Conhecer os diversos tipos de barramentos existentes num PC.

Conhecer a organização e gestão de memória Principal num PC.

ÂMBITO DOS CONTEÚDOS

1. Principais tipos de memória e identificação das suas células básicas constituintes.

2. Introdução histórica aos computadores desde os ábacos e calculadores mecânicos atéaos nossos dias. Identificar as principais tendências atuais nomeadamente a nível decomprimento de instruções, estrutura de execução, etc.

3. Descrição histórica da evolução do computador PC compatível, salientando as váriasevoluções fundamentais desde a placa original até às placas atuais. Identificar quaisas principais unidades constituintes e principais evoluções.

4. Introdução ao conceito de barramento (bus). Descrição e caracterização dos principaistipos de barramentos usados nos PCs.

ÂMBITO DOS CONTEÚDOS

5. Vários tipos de memória usada num PC (DRAM,SRAM para as caches, VRAM e

WRAM para as memórias de vídeo, EEPROMs, etc.).

6. Organização dos bancos de memória de "cache" num PC e comunicação com o PC.

7. Organização dos bancos de memória de DRAM num PC.

8. Evolução histórica da interface vídeo num PC compatível.

9. Interface com o disco rígido e periféricos.

BIBLIOGRAFIA / RECURSOS

GOUVEIA, José; MAGALHÃES, Alberto, Curso Técnico de Hardware. Lisboa: FCA, 2002.

RODRIGUES, Pimenta; ARAÚJO, Mário, Projeto de Sistemas Digitais, 2ª ed.. Lisboa: Editorial Presença, sd.

SAMPAIO, A., Hardware para profissionais. Lisboa: FCA, sd.

SAMPAIO, A., Microcomputadores: Circuitos Internos e Programação. Queluz: Edições EPGE, 1993

Recursos:

Laboratório de eletrónica (hardware)

Laboratório de informática (software)

Biblioteca

Retro/Vídeo Projetor

CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO

Aulas módulo 9

03-01-2013* – Início da Ficha de Trabalho 2

07-01-2013 *– Entrega/Apresentação da Ficha de Trabalho 2

10-01-2013* - Início da Ficha de trabalho 1

14-01-2013 – Entrega/Apresentação da Ficha de Trabalho1 e Realização do

Teste de Avaliação (Fim do Módulo)

*Lecionação da matéria curricular e apoio aos trabalhos

AULA 55-77

Conceitos Introdutórios

Máquina Multinível

Evolução dos Equipamentos

Padrão de Von Neumann

Evolução dos processadores

Evolução dos Processadores

Evolução das placas mãe (motherboards)

Fontes de Alimentação

Exercício prático – Evolução dos Computadores (Ficha de Trabalho 1)

AULA 78-80

Sumário

Módulo 9 – Arquitetura dos microprocessadores

Revisão da matéria dada no módulo 9.

Início da realização da Ficha de trabalho 2 sobre as famílias lógicas dos

microprocessadores.

INTRODUÇÃO ÀS ARQUITETURAS

Porquê desenvolver as máquinas dividindo-as em níveis ou camadas?

Para aproximar o utilizador do sistema informático

Quanto mais camadas tiver uma arquitetura, mais próxima da linguagem do

utilizador estará a linguagem de alto nível deste computador.

Nível 0 – Lógica digital

Trabalho desenvolvido por:

Engenheiros Eletrónicos e

computação

O que se faz:

São determinados os componentes eletrónicos dos circuitos que vão compor

as portas lógicas e demais circuitos digitais.

EVOLUÇÃO DA INFORMÁTICA

Precursores da Informática

Geração 0 - Computadores Mecânicos

Geração 1 - Computadores a Válvulas

Geração 2 - Computadores Transístores

Geração 3 - Circuitos Integrados

EVOLUÇÃO DOS EQUIPAMENTOS

Ábaco

Pascalina

PASCALINE

Blaise Pascal inventou, em 1642, a primeira calculadora mecânica para adições. Foi

o primeiro aparelho mecânico dotado da capacidade de processar dados.

A Pascaline era uma caixa com rodas e engrenagens da qual ele construiu mais de

50 versões ao longo de uma década. O operador introduzia os algarismos a serem

somados, discando os numa série de rodas dentadas, com algarismos de zero a

nove, impressos de maneira a que os números a serem somados ficassem expostos

num mostrador. Cada roda representava uma determinada coluna decimal ±

unidades, dezenas, centenas e assim por diante.

PASCALINE

http://youtu.be/3h71HAJWnVU

Quando uma roda ao completava uma volta, avançava em um dígito a roda à sua

esquerda, de ordem decimal mais alta.

A máquina também executava outras operações por meio de um incómodo sistema

de adições repetitivas.

MÁQUINA DE CALCULAR

Gottfried Wilhelm Leibniz nasceu em 1646 na Alemanha, numa família de eruditos e

funcionários do Governo, e inventou em 1672, com base na calculadora de

Pascal, uma máquina de calcular capaz de multiplicar, dividir e extrair raízes

quadradas. Esta máquina surgiu para implementar um método mecânico para avaliar

as intermináveis tarefas de cálculo dos astrónomos.


A sua máquina distinguia-se por possuir três elementos significativos:

A porção aditiva era, essencialmente, idêntica à da Pascaline, mas Leibniz incluiu um

componente móvel (precursor do carro móvel das posteriores calculadoras de mesa)

e uma manivela manual, que ficava ao lado e acionava uma roda.

Este mecanismo funcionava, com o componente móvel, para acelerar as adições

repetitivas envolvidas nas operações de multiplicação e divisão.

A própria repetição tornava-se automatizada.


Leibniz considerado um pioneiro no desenvolvimento da lógica matemática.

http://youtu.be/1zvDGRdOuYI

TEAR DE JACQUARD

Cartões perfurados (1801):

Joseph-Marie Jacquard foi o inventor francês que desenvolveu o tear de Jacquard, um

tear completamente automatizado que conseguia “tecer” padrões bastante

complexos.

Jacquard iniciou a construção desta máquina em 1790, mas só em1801, após a

Revolução Francesa, é que a conseguiu terminar. Este tear era programado por

uma série de cartões perfurados, cada um deles controlando um único

movimento da lançadeira. Para produzir um novo padrão, o operador

simplesmente substituía um conjunto de cartões por outro.

TEAR DE JACQUARD

Esta máquina continha com muita clareza todo o processo de entrada

processamento saída, com o processamento a ser realizado de acordo com as

instruções contidas em cartões perfurados.

Os cartões perfurados, estavam destinados a produzir o seu maior impacto na

posterior programação de computadores.

FAMÍLIAS LÓGICAS

O desenvolvimento da tecnologia dos

circuitos integrados, possibilitando a

colocação num único invólucro de diversos

componentes já interligados, veio permitir um

desenvolvimento muito rápido da eletrônica

digital e consequentemente do projeto de

sistemas digitais.

FAMÍLIAS LÓGICAS

Foi criada uma série de circuitos integrados que continham numa única pastilha as

funções lógicas digitais mais usadas e de tal maneira projetadas que todas eram

compatíveis entre si a partir das quais os projetistas tiveram facilidade em encontrar

todos os blocos para montar seus sistemas digitais.

http://youtu.be/J8ZPIDNaijs http://youtu.be/VBDoT8o4q00

FAMÍLIAS LÓGICAS

Estas séries de circuitos integrados formaram então as famílias lógicas ou famílias

digitais que consistem em um grupo de dispositivos compatíveis com os mesmos

níveis lógicos e tensões de alimentação, por isso você pode conectar diretamente a

saída de um dispositivo na entrada de outro se ambos forem da mesma família

digital.

Circuito NOT TTL Circuito Equivalente CMOS

Em virtude da massificação do uso de CIs, torna-se necessário conhecer as características

gerais desses circuitos e de algumas das famílias lógicas mais populares. Uma vez

entendidas tais características, a preparação dos projetos de circuitos digitais é melhorada.

Para se conectar dispositivos de famílias diferentes, geralmente há a necessidade de uma

interface entre ambas.

As famílias lógicas mais comuns podem ser classificadas como:

RTL - Lógica resistor-transístor (obsoleta);

DTL - Lógica diodo-transistor (obsoleta);

DCTL (direct-coupled transistor logic) - Lógica transístor acoplamento direto;

TTL - Lógica transistor-transistor (mais popular);ECL - Lógica emissor-acoplado;

MOS - Metal Oxide Semiconductor:

PMOS - Lógica MOSFETs de canal-p (obsoleta);

NMOS - Lógica MOSFETs de canal-n

CMOS - Lógica MOSFETs Complementares;

FAMÍLIAS LÓGICAS

FAMÍLIAS LÓGICAS

Encapsulamentos mais comuns para CIs:

(a) DIP (dual-in-line package) de 24 pinos;

(b) envoltório de cerâmica flexível de 14 pinos;

(c) envoltório montado sobre a superfície (surface-mount).

O envoltório de cerâmica flexível é uma embalagem hermeticamente fechada construída

com uma cerâmica não-condutora, o que torna o chip totalmente imune aos efeitos da

humidade.

Estes envoltórios são usados em circuitos destinados a aplicações militares, que devem

funcionar em condições ambientais extremas, totalmente desfavoráveis.

O envoltório montado na superfície é a técnica de encapsulamento mais moderna, é muito

similar ao DIP, exceto pelo fato de seus pinos terminarem dobrados em ângulos retos, de

maneira a poderem ser soldados ou colados diretamente na superfície da placa de

circuito impresso. Em geral, são menores que os DIPs.

Os CIs montados na superfície também têm a vantagem poderem ser mais facilmente

manipulados pelos equipamentos automáticos de montagem de placas de circuito.

PADRÃO VON NEUMMAN

PADRÃO VON NEWMMAN

PADRÃO VON NEUMMAN

EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES

EXERCÍCIOS PRÁTICOS

EVOLUÇÃO DOS PROCESSADORES

FONTES DE ALIMENTAÇÃO

FONTE DE ALIMENTAÇÃO

BARRAMENTOS/BUS

4. Introdução ao conceito de barramento (bus).

Descrição e caracterização dos principais tipos de barramentos usados nos PCs.

O que é um barramento?

Praticamente todos os componentes de um computador, como

processadores, memórias, placas de vídeo e diversos outros, são conectados à

placa-mãe a partir do que chamamos de barramento.

BARRAMENTOS/BUS

O processador e os restantes dispositivos eletrónicos comunicam entre si através de canais

de comunicação aos quais se dá o nome de barramentos.

Existem três tipos (relativamente ao tipo de dados que neles circula) de barramentos no

interior do computador e que são:

Barramento de Dados - São os condutores por onde circulam os dados que o processador vai

buscar à memória RAM ou aos dispositivos de I/O.

Barramento de Endereços - O acesso aos dados que a CPU necessita é feito pelo envio dos

endereços das posições de memória ou de dispositivos de I/O onde eles se encontram. Esses

endereços circulam neste barramento.

Barramento de Controlo - Existem sinais elétricos que controlam os dispositivos eletrónicos

para que o sistema possa ler/escrever os dados. Esses sinais viajam neste barramento.

BARRAMENTOS/BUS

Os barramentos são conjuntos de sinais digitais com os quais o processador comunica com o seu

exterior. Esses sinais podem ser combinados de várias formas, dependendo da finalidade.

Os barramentos mais comuns são:

Barramento local - Faz a conexão entre processador e memória.

Barramento ISA – Usado pelos slots de 8 e 16 bits e alguns interfaces da motherboard

(série, paralela, interface para drives, alto falante).

Barramento PCI – Usado pelos slots PCI, interfaces IDE e USB.

Barramento AGP – Usado para placas de vídeo 3D de alto desempenho.

Placas de expansão e slots ISA de 8 e de 16 bits.

ISA

O barramento ISA (Industry Standard Architecture) é formado pelos slots de 8 e 16

bits existentes nas motherboards, além de alguns dos seus circuitos internos. É

originário do IBM PC, na versão de 8 bits, e foi posteriormente aperfeiçoado no IBM

PC AT, chegando à versão de 16 bits.

Possui as seguintes características:

Transferências em grupos de 8 ou 16 bits

Clock de 8 MHz

http://pt.wikipedia.org/wiki/ISA

ISA

As placas de expansão ISA de 16 bits (ex.: placas de som) devem ser conectadas em

slots ISA de 16 bits, mas as placas de expansão ISA de 8 bits (ex.: placas

fax/modem) podem ser conectadas, tanto em slots de 8, como de 16 bits.

ISA

Apesar de ser considerado lento para os padrões atuais, o barramento ISA ainda é muito

utilizado.

Mesmo as mais modernas placas de CPU Pentium possuem 2, 3 ou 4 slots ISA de 16 bits, nos

quais podem ser conectados diversos tipos de placa, para os quais a sua velocidade é

satisfatória.

Por exemplo, as placas fax/modem, as placas de som e as placas de rede, entre diversas outras.

VLB - VESA LOCAL BUS

O slot VLB é uma extensão do slot ISA que permite que as placas de mesmo

barramento trabalhem em 32 bits (ISA de 16 bits + VLB). Este slot de expansão só

encontramos em placas mãe da geração do 80486, é como se fosse um slot de alto

desempenho da época. A frequência de operação, é igual ao FSB, ou seja, aqui sim

se o processador for de 40 MHz a frequência do slot será igual.

O VLB na época trabalhava em sincronismo com o processador, por este motivo o

desempenho de um computador 486 era ótimo.

Na figura abaixo temos uma placa de expansão de vídeo com barramento VLB

VLB

Como o VLB era uma extensão do ISA a largura da placa de expansão era comprida.

Só existiam 3 tipos de placas de expansão com barramento VLB: vídeo, rede e

controladora.

Na figura abaixo, temos 3 slots VLB (de cor marrom) juntamente com os slots ISA de

16 bits.

EISA – EXTENDED ISA

Barramento EISA

EISA

O barramento de 32 bits de dados EISA (Extended Industry Standard Architecture -

Arquitectura Padrão Industrial Estendido).

Este barramento foi feito especificamente de modo que placas para barramento ISA

possam nele ser conectadas, bem como novas placas com capacidade para 32 bits

de dados.

PCI

Ao desenvolver o microprocessador Pentium, a Intel criou também um novo

barramento, tão veloz quanto o VLB, porém muito mais versátil. Trata-se do barramento PCI

(Peripheral Component Interconnect).

Possui as seguintes características:

Opera com 32 ou 64 bits

Apresenta taxas de transferência de até 132 MB/s, com 32 bits

Possui suporte para o padrão PnP (Plug and Play)

Apesar de poder operar com 32 ou 64 bits (os slots PCI de 64 bits são um pouco maiores

que os de 32), praticamente todas as motherboards modernas utilizam a versão de 32

bits. O clock, em geral, é de 33 MHz, mas dependendo do processador, pode ter clock de

30 ou 25 MHz.

PCI

As placas de expansão PCI possuem um recurso muito interessante, além da sua

elevada velocidade de transferência de dados. Trata-se da autoconfiguração obtida

com o padrão PnP (Plug and Play).

Estas placas são reconhecidas e configuradas automaticamente pela BIOS (todas as

motherboards equipadas com slots PCI possuem uma BIOS PnP) e pelo sistema

operativo, sem necessitarem que o utilizador posicione jumpers para realizar

manualmente a sua configuração, como ocorria com as placas de expansão até há

pouco tempo atrás.

PCI -E

De todos os slots de expansão mencionados até agora o PCI-e é o único que trabalha

com comunicação em série, todos os demais comunicam paralelamente.

A comunicação em série aparentemente parece ser mais lenta, mas muito pelo

contrário, é muito mais superior que em paralelo porque o sistema trabalha em altas

frequências.

http://www.socialbits.com.br/articles/168/desvendando-a-placa-mae-parte

PCI- E

Na figura abaixo temos uma placa mãe com 3 tipos de slots PCI-e, o primeiro de cima

é um PCI-e 16x, o seguinte é o PCI-e 1x e o último é o PCI-e 4x.

Para se der uma ideia, o PCI-e tem uma frequência padrão de 2500 MHz

(2.5 GHz em 1x) contra os 33 MHz do PCI tradicional.

5. VÁRIOS TIPOS DE MEMÓRIA USADA NUM PC

(DRAM,SRAM para as caches, VRAM e WRAM para as memórias de

vídeo, EEPROMs, etc.).

http://interredes.forumeiros.com/t65-diferentes-tipos-de-memorias

(Trabalho prático)

6. Organização dos bancos de memória de "cache" num PC e comunicação com o PC.


















8. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA INTERFACE VÍDEO

NUM PC COMPATÍVEL.

8. Evolução histórica da interface vídeo num PC compatível.

http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_and_video_interfaces_and_connectors#Interface

s

INTERFACE PLACAS DE VÍDEO

Placas de vídeo SVGA PCI e AGP.

Além da placa SVGA PCI, podemos utilizar outros tipos de placa, como por exemplo:

Placa de rede PCI

Digitalizadoras de vídeo PCI

Controladoras SCSI PCI

Placas de som PCI

Placas de modem PCI

AGP

Visando obter uma maior taxa de transferência entre a placa de CPU e a placa de vídeo

(obtendo assim gráficos com movimentos mais rápidos), a Intel desenvolveu um novo

barramento, próprio para comunicação com placas de vídeo especiais. Trata-se do AGP

(Accelerated Graphics Port).

AGP

A principal vantagem do AGP é o uso de maior quantidade de memória para

armazenamento de texturas para objetos tridimensionais, além da alta velocidade no

acesso a essas texturas para aplicação no ecrã.

9. INTERFACE COM O DISCO RÍGIDO E

PERIFÉRICOS

http://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive

http://www.adrc.com/interfaces.html

Most hard disks use the Parallel ATA (PATA), Serial ATA (SATA) or SCSI interfaces. SCSI drives have

traditionally been found on servers and high-performance workstations and were the first drives

used in fault-tolerant RAID systems. Today, ATA drives are widely used for RAID arrays.

Following are the major types, including older ones for comparison. Most hard disks use the run

length limited (RLL) encoding method; however, the encoding is not necessarily prescribed by the

interface. See IDE, PATA, SATA, SCSI, RAID, RLL and hard disk.

HARD DISK INTERFACES

Transfer Rate

(MB per Maximum

Type Encoding** sec) Capacity

SATA/IDE RLL 150-300 3TB

PATA/IDE RLL 3-133 1TB

SCSI RLL 5-320 300GB

SAS RLL 375-750 2TB



http://www.adrc.com/interfaces.html

9. INTERFACE COM O DISCO RÍGIDO E

PERIFÉRICOSCapacity

Older Interfaces Range

IPI RLL 10-25MB 200MB-3GB

ESDI RLL 1-3MB 80MB-2GB

SMD RLL 1-4MB 200MB-2GB

IDE RLL 1-8MB 40MB-1GB

ST506 RLL RLL 937KB 30MB-200MB

ST506 MFM 625KB 5MB-100MB

http://www.pcmag.com/encyclopedia_term/0,1237,t=hard+disk+interfaces&i=4408

2,00.asp

AVALIAÇÃO E AUTOAVALIAÇÃO

sdac 12º - m9 tgei

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