HARDWARE Profª. Carolina Furlan

1. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIRG HARDWAREProfª. Carolina Furlan Agosto 2013

2. Computador digital Processa informações representadas por combinações de dados discretos e descontínuos. Mais especificamente: trata-se de um dispositivo projetado para executar sequencias de operações aritméticas e lógicas. Razões para o uso do computador: • Competição entre empresas; • Constantes atrasos de rotinas administrativas; • Maior facilidade para examinar possíveis aplicações; • Obsolescência das máquinas disponíveis; • Rápida expansão dos negócios exigindo mais informações para eficiente administração; • Uso do computador, com sucesso, em determinada área, induzindo ao uso em outras áreas.

3. Vantagens do computador: • Facilidade de armazenamento e recuperação da informação; • Racionalização da rotina; • Velocidade de respostas; • Planejamento e controle; • Segurança; • Redução dos custos;

4. Como funciona o computador • O computador pode ser descrito de forma simplificada como uma máquina constituída de partesque funcionam de forma ordenada e conjunta, com alto grau de desempenho. • Possui partes que servem para comunicar-se com quem está trabalhando com ele. Tanto para receber informações (de entrada) como para mostrar resultados (de saída). • Para que as suas partes funcionem corretamente (hardware), é necessário repassar ao computador todos os comandos e ações que devem ser executadas (software).

5. Funcionamento do Hardware

6. Como funciona o computador • O Computador é constituídobasicamente de duaspartes: • Máquina= hardware • Hardware: sãotodoscomponentesfísicos (“peças”) quefazem parte do equipamentoouaquelesqueestejamconectadosaomesmo; • Programa = software • Software: constitui a parte lógica, sendocomposto de programasquepoderãoserprocessados no computador. O software é responsávelporcriar a interface de comunicação entre o usuário e a máquina.

7. Dispositivos de Entrada • Aceitação de dados de maneira que possam ser utilizados pelo computador • Exemplo: • Teclado • Mouse • Touchpad • Joystick • Trackball • Scanner • Câmeradigital • Microfone

8. Dispositivos de Saída • Exibição dos resultados do processamento • Exemplo • Monitor de vídeo • Alto-falante • Impressora • caixas-de-som • Placa gráfica • Projetor de vídeo

9. Arquitetura de Computadores • Unidade central de processamento ou CPU (processador): conjunto de circuitos de computador que controla a manipulação de dados. Realiza cálculo computacional. • Uma CPU consiste em 3 partes: • Unidade lógica e aritmética: contém os circuitos que realizam operações sobre dados (como adição e subtração); • Unidade de controle: contém circuitos para a coordenação das atividades da máquina; • Unidade de registro: contém células de armazenamento de dados (similar às células da memória principal) chamadas de registradores, usadas para o armazenamento temporário das informações da CPU.

10. Unidade Central de Processamento (CPU) Registradores R0 R2 ULA R3 Rn PC Unidade de Controle RI ULA = Unidade Lógica Aritmética R = registradores PC=contador do programa RI=registrador de instrução

11. A Unidade lógica e aritmética (ULA) realiza operações lógicas, de deslocamento e aritméticas sobre os dados. • A Unidade de controle controla o funcionamento de cada subsistema, controle este que é realizado por meio de sinais enviados da unidade de controle para os outros subsistemas.

12. Os registradores servem como locais temporários de armazenamento para os dados que são manipulados pela CPU. • Registradores de dados: aceleram operações complexas. • Registrador de instrução: a CPU é responsável pela busca de instruções, a partir da memória, armazenando-as mo registro de instrução, decodificando-as e as executando. • Contador do programa: mantém o endereço da instrução que está sendo executada. Depois da execução da instrução, o contador é incrementado para apontar para o endereço da próxima instrução na memória.

13. Memória cache • Muitas máquinas são projetadas com um nível de memória adicional, chamado de memória cache. A memória cache é uma porção (de diversas centenas de KBs) de memória de alta velocidade localizada dentro da própria CPU. Nessa área especial de memória, a máquina tenta manter uma cópia da porção da memória principal que interessa no momento. Nessa configuração, transferências que normalmente seriam feitas entre os registradores e a memória principal são feitas entre os registradores e a memória cache. Quaisquer mudanças feitas na memória cache são transferidas coletivamente para a memória principal em um momento mais oportuno. O resultado é uma CPU que pode executar seu ciclo de máquina mais rapidamente, pois não fica limitada à comunicação com a memória principal.

14. Estratégias de implementação - UCP MÚLTIPLOS PROCESSADORES • Refere-se ao uso de dois ou mais processadores para a realização de tarefas em paralelo. • Servidores e supercomputadores empregam múltiplos processadores para aumentar a velocidade de processamento. • Vantagens: redução no tempo total necessário para a realização das atividades de processamento, MÚLTIPLOS NÚCLEOS Refere-se a um processador com dois ou mais núcleos de cálculo. É capaz de realizar duas ou mais operações de cálculo por ciclo, dependendo da quantidade de núcleos presentes. Ex: Core Duo

15. Elementos básicos do computador

16. Barramentos • Fisicamente, o barramento é um conjunto de linhas de comunicação pelas quais estabelecem as interligações entre • Rede de linhas de comunicação que conecta os elementos internos do processador e que também conduz até os conectores externos que ligam o processador com os demais elementos do sistema de informática. • Como um dado é composto por bits (geralmente um ou mais bytes) o barramento deverá ter tantas linhas condutoras quanto forem os bits a serem transportados de cada vez. • Em alguns computadores (usando uma abordagem que visa a redução de custos), os dados podem ser transportados usando mais de um ciclo do barramento.

17. Barramentos – Tipos • Barramento de endereços – unidirecional • Barramento de dados – bidirecional • Barramento de controle – bidirecional O desempenho de um barramento é medido pela sua largura de banda (quantidade de bits que podem ser transmitidos simultaneamente). Ex: 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits.

18. Barramento Interno Barramento do Sistema memória Barramento de Expansão slot de expansão Barramentos

19. Barramentos - Protocolos – Padronização • UNIBUS - definido pelaDEC,praticamente fora de uso. • MCA(Micro ChannelArchitecture) - definido pela IBM, sistemas PS-2. • ISA (Industry Standard Adapter) - definido pela IBM para o PC-AT e adotado por toda a indústria. • EISA (Extended ISA) - praticamente abandonado. • PCI (PeripheralComponentInterconnect) - desenvolvido pela Intel, quase um padrão para o mercado, com barramento de E/S de alta velocidade. • USB (Universal Serial Bus) - permite a conexão de muitos periféricos simultaneamente ao barramento e este, por uma única tomada, se conecta a placa mãe. Pretende ser norma os dispositivos que necessitem de baixo desempenho (Ex.: teclado, mouse, modem, scanner, impressoras, etc). • AGP (AcceleratedGraphicsPort) - visa acelerar as transferências de dados do vídeo para a memória, especialmente dados para 3D. • Outros: FireWire, IrDa, Pipeline, SCSI, Vesa local plus.

20. Esquema de slots para três normas de barramentos.

21. Barramentos - Protocolos - Padronização • PCI Express (sucessor do AGP e do PCI) - conta com um recursoquepermite o uso de umaoumaisconexõesseriais, isto é, "caminhos" (tambémchamados de lanes) paratransferência de dados. • Se um determinadodispositivousa um caminho, entãodiz-se queesteutiliza o barramentoPCI Express 1X, se utiliza 4 conexões, suadenominação é PCI Express 4X e assimpordiante. Podeser bidirecional, ouseja, recebe e envia dados. • Tecnologia PCI Express se mostra muito promissora (tende a ser um padrão).

22. Barramentos - Protocolos - Padronização O conector do barramento PCI Express em placas-mãe pode variar conforme a velocidade usada Placa-mãe da Asus com suporte a diferentes slots PCI Express.

23. PIPELINNING • O pipellining é uma técnica que permite ao processador executar paralelamente múltiplas instruções, em estágios diferentes. Divide uma instrução em subtarefas. É uma técnica de paralelismo que visa aumentar o desempenho dos sistemas computacionais

24. RELÓGIO (CLOCK) • dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo. • Freqüência - número de ciclos por segundo (Hz), usada também para definir a velocidade do processador. • O relógio nada mais é do que um oscilador externo ao microprocessador, que gera pulsos a intervalos regulares de tempo. A cada pulso, uma ou mais microoperações são realizadas.

25. Clock • Todo computador possui um relógio (system clock), que é utilizado para cronometrar as operações realizadas pelo processador, ou seja definir o tempo de início da execução de cada instrução. • A velocidade de processamento depende da velocidade do relógio (clocks) • Cada operação de processamento demora um ciclo de relógio para ser executada. • Hertz (Hz) é uma medida de ciclos de relógio por segundo. • Mhertz (MHz) significa "milhões de ciclos por segundo". • Ghertz (MHz) significa "bilhões de ciclos por segundo". • Hoje, os computadores operam em velocidades superiores a 1 GHz

26. Bits e seu armazenamento • Dentro dos computadores atuais, a informação é codificada por meio de padrões de 0s e 1s. Esses dígitos são chamados de bits (binary digits – dígitos binários). Eles podem representar: valores numéricos; caracteres e pontuações em um alfabeto; imagens e sons.

27. Unidades de medida do computador:

28. Memória principal Para armazenar dados, um computador contém uma grande coleção de circuitos , cada um deles capaz de armazenar um único bit. Esse reservatório de bits é conhecido como a memória principal. A memória principal é organizada em unidades gerenciáveis chamadas células. A CPU pode escrever conteúdo na RAM e, depois, sobrescrever este conteúdo. • Memória principal ou memória de acesso aleatório – RAM (randomaccessmemory): armazena os dados dos programas em execução. • Seu uso restringe-se ao período em que o equipamento está em funcionamento. Se a máquina não receber energia, mesmo que seja por uma fração de segundos, todo o conteúdo da memória RAM estará perdido (volátil).

29. Memória principal Outros exemplos: • DRAM memória dinâmica- utiliza capacitores, dispositivos elétricos que podem armazenar energia, para o armazenamento de dados. Se um capacitos estiver carregado, o estado é 1; se descarregado é 0. Uma vez que um capacitor perde parte de sua carga com o decorrer do tempo, as células de memória DRAM precisam ser renovadas periodicamente. As DRAMs são lentas, mas seu preço é baixo. • SRAM estática: são memórias DRAM que aplicam técnicas adicionais para diminuir o tempo necessário para se obter o conteúdo de suas células de memória. É uma memória rápida, mas seu preço é alto.

30. Memória Permanente São Memórias Não Voláteis: são memórias cujas informações mantidas não são perdidas caso o computador seja desligado. Nos microcomputadores, existe um programa muito importante chamado de BIOS (Basic Input-Output System - Sistema Básico de Entrada e Saída). O BIOS tem várias funções, entre as quais, a de realizar a "partida" do computador. Quando ligamos o computador, o BIOS realiza a contagem de memória, faz uma rápida checagem do funcionamento do computador e realiza a carga do Sistema Operacional que deve estar armazenado no disco. O BIOS está gravado em uma memória permanente localizada na placa mãe.

31. Exemplos de memória permanente: - PROM ("Programmable Read-Only Memory"): Tem sua gravacao feita por aparelhos especiais que trabalham atraves de uma reacao fisica com elementos elétricos. Os dados gravados na memoria PROM nao podem ser apagados ou alterados. - EPROM ("Electrically Programmable Read-Only Memory"): Os dados gravados na memoria EPROM pode ser apagados pelo uso de radiação ultra violeta permitindo sua reutilização. E o tipo de memoria ROM geralmente usado para armazenar a BIOS do computador. - EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory): este tipo de memória ROM também permite a regravação de dados, no entanto, ao contrário do que acontece com as memórias EPROM, os processos para apagar e gravar dados são feitos eletricamente, fazendo com que não seja necessário mover o dispositivo de seu lugar para um aparelho especial para que a regravação ocorra; - EAROM (Electrically-Alterable Programmable Read-Only Memory): as memórias EAROM podem ser vistas como um tipo de EEPROM. Sua principal característica é o fato de que os dados gravados podem ser alterados aos poucos, razão pela qual esse tipo é geralmente utilizado em aplicações que exigem apenas reescrita parcial de informações;

32. Programas em memória ROM: • BIOS – gerencia entradas e saídas; transfere o Sistem Operacional; verifica o hardware. • POST – testa a ligação; verifica a memória RAM; • SETUP – configura o equipamento

33. Componentes do Computador • Placa mãe: do inglês mother-board é a responsável pela interconexão de todas as peças que formam o computador. Interliga o processador a memória principal e todos os diversos dispositivos de entrada e saída de dados. • Placas-mãe "onboard" - placas-mãe que possuem um ou mais dispositivos de expansão integrados. • Placa-mãe "offboard" - com nenhum item integrado, ou no máximo, com placa de som ou rede onboard.

34. Armazenamento em massa Memória Secundária • Denominada também: memória auxiliar ou memória de massa. • Objetivo: garantir um armazenamento mais permanente à toda a estrutura de dados e programas do usuário - deve possuir maior capacidade que a memória principal. • Desvantagem: requerem movimentação mecânica, e, logo, levam um tempo significativamente maior para armazenar e obter dados do que a memória principal, na qual todas as atividades são realizadas eletronicamente. • Termos frequentemente usados para descrever dispositivos que podem ser acoplados ou desacoplados de uma máquina: • On-line: significa que o dispositivo ou informação está conectado e prontamente disponível para a máquina sem intervenção humana. • Off-line significa que uma intervenção humana é necessária antes que o dispositivo ou informação possa ser acessado pela máquina – talvez porque o dispositivo precise ser ligado manualmente ou porque a mídia que contém a informação precise ser inserida manualmente em algum mecanismo.

35. Armazenamento em massa 1. Sistemas ópticos: dispositivos que podem ser conectados quando desejado. Ex: Disco compacto (CD), Discos Digitais Versáteis (DVD) e Discos Blu-ray. 2. Sistemas magnéticos: dispositivo diretamente ligado ao sistema para acesso imediato. Ex.: disco magnético (HD hard disk, discos rígidos) e fita magnética.

36. Disco magnético * Antigamente chamado de winchester

37. Disco magnético possui um fino disco giratório com revestimento magnético usado para armazenar dados. Cabeças de leitura/escrita são colocadas acima e/ou abaixo do disco, de forma que, à medida que o disco gira, cada cabeça percorre um círculo, chamado trilha. Ao reposicionar as cabeças de leitura/escrita, diferentes trilhas concêntricas podem ser acessadas. Em muitos casos, um sistema de armazenamento em disco consiste em diversos discos montados em um eixo em comum, um em cima do outro, com espaço suficiente para a cabeça deslizar entre os discos. Em tais casos, as cabeças de leitura/escrita se movem em uníssono. Cada vez que as cabeças de leitura/escrita são reposicionadas, um novo conjunto de trilhas – chamado de cilindro – torna-se acessível. Como uma trilha pode conter mais informações do que gostaríamos de manipular em um único momento, cada trilha é dividida em pequenos arcos chamados de setores, nos quais a informação é gravada como uma cadeia continua de bits.

38. Armazenamento em massa 3. Memória Flash: os bits são armazenados enviando sinais eletrônicos diretamente para o meio de armazenamento, no qual fazem com que os elétrons sejam capturados em pequenos compartimentos de dióxido de silício, alterando então, as características de pequenos circuitos eletrônicos. Como esses compartimentos são capazes de manter seus elétrons presos por muitos anos, essa tecnologia é adequeda para o armazenamento de dados off-line. 4. Cartões de Memória SD (Secure Digital): São armazenados em uma pastilha de plástico apropriada do tamanho de um selo postal.Cartões SDHC (cartões SD de alta capacidade): fornecem até 32Gbs. Cartões SDXC (cartões SD de capacidade estendida): pode exceder um TB.

39. Memória principal Memória secundária mais rápido mais lento mais barato mais caro menor capacidade menor capacidade processador cache

40. Os dispositivos físicos do computador:Pentium IV 2,6Ghz, com 512 MB de memória RAM e 40GB de disco rígido • Pentium IV – é a marca do processador, feito por algum fabricante. Neste caso a INTEL. Podemos encontrar outras marcas como AMD; ao invés de Pentium viria, por exemplo, SEMPROM. • 2,6 Ghz – indica a “velocidade” do computador, ou seja, a quantidade de instruções que são executadas por segundo. Neste caso, a freqüência é medida em Ghz ou bilhões de ciclos por segundo; portanto, este computador tem a possibilidade de realizar 2,6 bilhões de ciclos de instrução por segundo • 512 MB de RAM – indica a capacidade de armazenamento que pode ser gravado no dispositivo de memória. Nesse caso, indica a memória RAM, que é a memória volátil do computador. Quanto maior o valor dela, maior capacidade de processamento você terá. • 40 GB de Disco Rígido O texto que estamos editando, caso o salvemos no computador, estaremos guardando-o no disco rígido.

41. Outras configurações de computador: • Intel Celeron 1100 Mhz Duo Core , com 6 GB de memória RAM e 500 GB de disco rígido SAMSUNG, R$ 1.100,00 • iMac Intel Core i5 3.2GHz 8GB 1TB 27" Apple, R$ 9.399,00

42. Placas adicionais • Placas de som • Placas de rede • Placas de fax/modem • Placas de vídeo • Aceleradoras 3D – especializadas na produção de vídeo 3D, tomam para si a responsabilidade de efetuar os cálculos necessários à exibição 3D. Liberam o processador.

43. Arquiteturas CISC e RISC Para o processador compreender o que o computador quer executar é preciso passar a linguagem de programação para binários. O programa precisa ser convertido em linguagem de máquina. Cada máquina, cada modelo de processador fornece uma linguagem de máquina diferente.

44. CISC - Complex Instruction Set Computer Arquitetura cujo processador é capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes, sendo assim extremamente versátil. Exemplos: 386, 486 da Intel. Muitas das instruções guardadas no próprio processador. RISC - Reduced Instruction Set Computer Uma linha de arquitetura de computadores que favorece um conjunto simples e pequeno de instruções. Exemplos: Macintosh da Apple. Considerado mais eficiente e flexível que as CISC. As instruções tendem a ser executadas em poucos (ou mesmo um único) ciclos de relógio. Tamanho do código X Desempenho Geralmente, o desempenho de um RISC é melhor do que de um CISC; Código gerado por um RISC tende a ser mais longo e complexo.

45. Tipos de Computadores: • Computadores de mão ou assistentes digitais: (palmtops, handhelds ou PDAs). O que ele faz: Envia e recebe mensagens pela internet; Software preferidos; Toca música; Sincroniza com o PC; Agenda; Telefone celular; Tira fotos e grava vídeos; Navega na internet; Games.

46. Tablet PCs: Computador que imita o modo de utilização de uma prancheta. Leitura de livros em formato digital; Desenhos; • Computadores portáteis ou notebooks: Portáteis; Alto processamento.

47. Computadores de mesa ou desktops: Preço acessível; Fácil manutenção; Facilidade na troca ou upgrade de peças; • Estações de trabalho: Alto desempenho; Poder de processamento muito maior dos PCs comuns; Processamento de Imagens; Projetos de engenharia e arquitetura 3D; • Servidores: São computadores que oferecem serviços a uma ou mais redes de computadores; Possuem processadores de alta velocidade; Hospeda informações corporativas: banco de dados, páginas da internet, e-mail, impressão, FTP, DNS, Proxy.

48. Super computadores: Empregam o uso de 4, 8, 16, 32, 64 ou mais processadores para a realização de um conjunto pequeno porém muito complexo de atividades. Possuem altíssima velocidade de processamento e grande capacidade de memória, empregado em pesquisas científicas e militares. • Aglomerados ou clusters: Ligação de 2 ou mais computadores. Aglomerado de computadores que são utilizados em conjunto para a realização de uma mesma atividade.

49. Datacenter

50. Datacenter • Sucessor dos CPD’s; • Centros de TI (Tecnologia da Informação); • O Data Center é um ambiente projetado para abrigar servidores e outros componentes como sistemas de armazenamento de dados (storages) e ativos de rede (switches, roteadores). O objetivo principal de um Data Center é garantir a disponibilidade de equipamentos que rodam sistemas cruciais para o negócio de uma organização. • Possui grande disponibilidade de capacidade, flexibilidade e segurança, sob o ponto de vista de hardware e software, no processamento e no armazenamento das informações; • São caros, mas tornam os resultados mais econômicos do que quando não são utilizados; • Consomem mais recursos das empresas; • Uma empresa obtém vantagem competitiva se usar de forma inteligente os recursos de TI;