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Hardware: Principais Componentes e Suas Funções Doutor Luiz Silveira Júnior 18 de Agosto de 2009.

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1 Hardware: Principais Componentes e Suas Funções Doutor Luiz Silveira Júnior 18 de Agosto de 2009

2 2 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

3 3 Parte I - O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais

4 4 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 TuringPrincípio da Máquina de Turing Processar informação...

5 5 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

6 6 Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Década de 1930 Década de 1930 – Konrad Zuse (alemão) construiu uma série de máquinas de calcular automáticas usando relés eletromecânicos.

7 7 Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores 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 I 18 metros de comprimento 2 metros de largura Peso - 70 toneladas. 7 milhões de peças móveis Fiação alcançava 800 Km. Tinha 72 palavras de 23 dígitos decimais Tempo de execução de uma instrução – 6 segundos.

8 8 Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Computadores Eletrônicos: Segunda Guerra Mundial 1939 – Ingleses aprendem a decodificar as mensagens. Problema – dificuldade de decodificação. Solução - COLOSSUS

9 9 Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Computadores Eletrônicos: Segunda Guerra Mundial Características: - Válvulas. - 5 mil caracteres /seg Capaz de quebrar o código da segunda geração de máquinas ENIGMA. No final da guerra, dez Colossus em operação constante permitiam que os ingleses soubessem melhor que o comando alemão onde se encontravam seus submarinos.

10 10 30 June 1945 – John von Neuman Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Componentes básicos 1.Memória 2.Unidade Aritmética Lógica 3.Unidade de controle 4.Dispositivos de entrada/saída Mesma composição básica de um computador eletrônico digital

11 11 Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores ENIAC (Eletronic Numerical Integrator And Computer) Características 1.A válvula é o componente básico 1.Grandes dimensões 2.Esquentava muito 3.Gastava muita energia elétrica 4.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.

12 12 Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Advento do Transistor Características Tamanho menor que a válvula 1.Esquentava menos 2.Gastava menos energia elétrica 3.Mais durável e confiável O transistor possibilitou o desenvolvimento da 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.

13 13 Características dos Componentes Modernos

14 14 Características dos Componentes Modernos

15 15 Características dos Componentes Modernos

16 16 Características dos Componentes Modernos 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 Importantes Conceitos Importantes 1.Tempo de acesso 2.Capacidade 3.Volatilidade 4.Tecnologia de fabricação 5.Temporariedade 6.Custo

17 17. Características dos Componentes Modernos Alta Velocidade Alto Custo Baixa Capacidade Baixa Velocidade Baixo Custo Capacidade elevada

18 18 READ ACCESS MEMORY - RAM Chips de memória de 4 MB Conector Características dos Componentes Modernos VantagensDesvantagens 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

19 19 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 Características dos Componentes Modernos

20 20 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. Características dos Componentes Modernos

21 21 Características dos Componentes Modernos 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.

22 22 Características dos Componentes Modernos Memória Cache É uma memória de alta velocidade que faz a interface entre o processador e a memória do sistema.

23 23 Características dos Componentes Modernos Memória Cache: Cache para a Memória Principal (RAM cache) Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Principal (RAM cache), Cache para Disco. Memória Cache: Cache para a Memória Principal (RAM cache) Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Principal (RAM cache), Cache para Disco. Algoritmos de substituição LRU (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.

24 24 Características dos Componentes Modernos

25 25 Características dos Componentes Modernos

26 26 Características dos Componentes Modernos Barramento Meio pelo qual se dá a transmissão de sinais digitais com os quais o processador comunica-se com os outros dispositivos Barramento de E/S Placa gráfica Rede Placa de Som Mouse Teclado Modem etc Exemplos: Exemplos: * ATA * SATA * SCSI Barramento de Dados

27 27 Características dos Componentes Modernos Barramento Meio pelo qual se dá a transmissão de sinais digitais com os quais o processador comunica-se com os outros dispositivos Barramento de E/S Placa 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

28 28 Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Peripheral Component Interconnect ( PCI )

29 29 Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Accelerated Graphics Port ( AGP )

30 30 Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Small Computer System Interface ( SCSI )

31 31 Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Serial Advanced Technology Attachment ( SATA )

32 32 Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: USB / FIREWIRE

33 33 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...

34 34 Requisitos de 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...

35 35 Parte II - Evolução dos Componentes de Hardware Computador – Estrutura interna 1.Unidade Central de Processamento (UCP) 2.Memória Principal 3.Entrada/Saída 4.Sistema de interconexão

36 36 Evolução dos Componentes de Hardware Nos Barramentos, mudança do Paradigma: Paralelo/Serial

37 37 Evolução dos Componentes de Hardware Aumento da presença de chipsets dedicados Boa velocidade nos barramentos Drivers bem projetados Nova oferta de funcionalidades, com aproveitamento da estrutura instalada.

38 38 Parte III - Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos

39 39 Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos DSP – O mini computador O papel do Processador Digital de Sinais - DSP IPhone, um exemplo de boa prática

40 40 Parte IV – Futuro. Computador Quântico

41 41 Futuro: Componentes de um Computador Quântico

42 42 Parte V - Conclusões


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