O documento introduz conceitos básicos de hardware de sistemas de computação, incluindo CPU, memória e barramentos. Discutem-se as funções da CPU, hierarquia de memória desde registradores até memória secundária, e operação básica de memória. Também são apresentados conceitos de barramentos e entrada/saída.
3. Sistemas de Computação
Formado por:
Hardware;
Sistema Operacional e programas de sistema;
Programas aplicativos.
Antigamente, era muito fácil distinguir hardware e
software e atualmente ainda é fácil?
“Hardware e software são logicamente equivalentes.”
“Hardware é apenas software petrificado”. Karen Lentz
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5. Sistemas de Computação
Operações fundamentais: Arquitetura
Entrada; Computador
Processamento;
Memória
Armazenamento; CPU principal
Saída.
Interconexão
do sistema
E/S
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6. Unidade Central de Processamento
Componentes:
Unidade Lógica e CPU
Aritmética (ULA);
Unidade de Controle Registradores ULA
(UC);
Registradores; Interconexão
interna da CPU
Barramentos
(Interconexão dos
Unidade
componentes); de
controle
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7. Unidade Central de Processamento
Funções:
Processamento (ULA) CPU
Executa as instruções;
Realiza as operações Registradores ULA
lógicas e Aritméticas;
Controle (UC) Interconexão
interna da CPU
Busca, interpreta e
controla a execução Unidade
das instruções. de
controle
Controla recursos
(memória, E/S). 7
8. Memória
“A memória é o componente de um sistema de
computação cuja função é armazenar as informações
manipuladas por este sistema para que possam ser
recuperadas quando necessário.”
Mário A. Monteiro
Tipos:
Registradores, cache, principal (interna) e secundária
(externa).
Célula: menor unidade de armazenamento;
Endereço: identifica uma célula.
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10. Memória
O modo pelo qual o BIT (BInary DigiT) é identificado na
MEMÓRIA é variado:
Sinal Elétrico (memória principal, cache e
registradores);
Campo magnético (disco rígido, etc);
Presença/Ausência de Ponto de Luz (CDROM, CD-RW,
DVD);
E o que mais?
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11. Memória
Diferentes tipos de memória por conta da CPU ser mais
veloz que a memória e da constante necessidade de
armazenamento, além do custo.
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12. Hierarquia de Memória
Custo alto
Velocidade Alta
Baixa Capacidade
Frequência de acesso pela CPU aumenta
Custo baixo
Velocidade baixa
Capacidade elevada
Frequência de acesso pela CPU diminui
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14. Memória Principal (Interna)
Exemplos:
RAM (Random Access Memory);
Armazenamento temporário;
Volátil;
Dinâmica ou estática (DRAM ou SRAM).
ROM (Read Only Memory).
Armazenamento permanente;
Não volátil;
Ex: Programas do sistema (BIOS: Basic Input Output
System).
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19. Capacidade da Memória Principal
N → Total de células. N = 2E
M → Tamanho de cada célula (definido pelo fabricante)
E → Tamanho de bits do número que representa cada
endereço
T → Total de bits da memória.
Fórmulas: T= N x M e N = 2E
Exercício:
Uma memória RAM pode armazenar um máximo de
2048M bits. Cada célula pode armazenar 32 bits.
Qual é o tamanho de cada endereço e qual é o total
de células que podem ser utilizadas naquela RAM? 19
20. Memória Cache
RAM estática (Static RAM): não precisa de refreshing,
portanto não precisa de circuitos de regeneração;
Pequena quantidade de memória rápida;
Comunicação entre CPU e MP é um ponto frágil para o
desempenho do sistema;
A função da cache é melhorar o desempenho da
máquina:
Acelera a velocidade de transferência de informações
entre CPU e memória principal;
Reduz a espera da CPU para receber dados.
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23. Memória Principal (DRAM)
RAM dinâmica (Dynamic RAM): precisa de refreshing,
portanto precisa de circuitos de regeneração;
Refreshing:
Circuito de refresh incluído no chip.
Desabilita chip.
Lê e escreve os dados de volta ao mesmo local.
Leva tempo.
Atrasa o desempenho de forma aparente.
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25. Barramentos
A estrutura de conexão é a coleção de caminhos que
conectam os vários componentes;
Existem diferentes tipos de conexão para diferentes
tipos de componentes (Memória, E/S e CPU.
Um barramento é um caminho de comunicação
conectando dois ou mais dispositivos;
Como os barramentos se parecem?
Linhas paralelas em placas de circuito.
Cabos de fita.
Conjuntos de fios.
Etc. 25
26. Barramentos
A largura determina o desempenho e quantos bits
podem ser transportados simultaneamente:
8, 16, 32, 64 bits.
Taxa de transferência: T= L * V
L = largura do barramento;
V = velocidade (1hz equivale a 1bps);
Exemplo:
Largura = 32 bits
Velocidade = 100hz
T = L * V = 32 * 100 = 3200bps
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27. Barramentos
Esquema de interconexão de barramento
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29. Entrada/Saída
Usuário comunica-se com o computador através de
periféricos;
Entrada: teclado, mouse, scanner, vídeos, sensores;
Saída: impressoras, vídeo, atuadores.
Funções básicas dos dispositivos de E/S:
Comunicação do usuário com o computador;
Comunicação do computador com o meio ambiente
(dispositivos externos a serem monitorados ou
controlados);
Armazenamento (gravação) de dados.
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30. Dúvidas?
“No Pain, no Gain”
Fonte: Organização Estruturada de Computadores. Andrew S. Tanenbaum.
Pearson. 5ª edição.
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