Hardware: Principais Componentes e Suas Funções [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Hardware: Principais Componentes e Suas Funções Doutor Luiz Silveira Júnior 18 de Agosto de 2009 Candidato: Luiz Silveira Júnior

[Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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 Candidato: Luiz Silveira Júnior

Parte I - O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Parte I - O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Candidato: Luiz Silveira Júnior

O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Modernos Alan Turing Princípio da Máquina de Turing Processar informação... 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. Candidato: Luiz Silveira Júnior

O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Considerações de Projeto: Estrutura – modo como os componentes estão inter-relacionados. Função – a operação de cada componente individual como parte da estrutura. Pesquisa de Componentes... 1642 Pascal construiu a máquina com 19 anos. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Década de 1930 – Konrad Zuse (alemão) construiu uma série de máquinas de calcular automáticas usando relés eletromecânicos. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores 1944 - Mark I (Howard Aiken) - primeiro computador eletromecânico construído 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. Construção do Mark II (Sucessor do Mark I) – Computadores a relé já estavam obsoletos. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Computadores Eletrônicos: Segunda Guerra Mundial 1939 – Ingleses aprendem a decodificar as mensagens. Problema – dificuldade de decodificação. Solução - COLOSSUS Candidato: Luiz Silveira Júnior

Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores 30 June 1945 – John von Neuman Componentes básicos Memória Unidade Aritmética Lógica Unidade de controle Dispositivos de entrada/saída Mesma composição básica de um computador eletrônico digital Candidato: Luiz Silveira Júnior

Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores ENIAC (Eletronic Numerical Integrator And Computer) Características A válvula é o componente básico Grandes dimensões Esquentava muito Gastava muita energia elétrica Tinham, dispositivos de Entrada/Saída primitivos (através da cartões perfurados). Eram aplicados em campos científicos e militares. Linguagem de programação: linguagem de máquina. Operações internas mediam-se em milissegundos. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Primeiras Tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Advento do Transistor Características Tamanho menor que a válvula Esquentava menos Gastava menos energia elétrica 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. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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 Tempo de acesso Capacidade Volatilidade Tecnologia de fabricação Temporariedade Custo Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos . Alta Velocidade Alto Custo Baixa Capacidade Baixa Velocidade Baixo Custo Capacidade elevada Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos Memória Principal READ ACCESS MEMORY - RAM Chips de memória de 4 MB Conector Vantagens Desvantagens RAM Dinâmica Barata, Baixo consumo, alta densidade Necessita de atualização, Lenta RAM Estática Rápida, não necessita de atualização Maior custo, maior consumo de energia Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos 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 Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos 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. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos Memória Cache É uma memória de alta velocidade que faz a interface entre o processador e a memória do sistema. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos 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. Memória Cache: Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Principal (RAM cache), Cache para Disco. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Características dos Componentes Modernos Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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: * ATA * SATA * SCSI Barramento de Dados Candidato: Luiz Silveira Júnior

Características dos Componentes Modernos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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: * AGP * AMR * EISA * FireWire * IrDA * ISA * MCA * PCI * PCI Express * Pipeline * VLB * VESA * USiB Barramento de Expansão Candidato: Luiz Silveira Júnior

Exemplos de Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Peripheral Component Interconnect ( PCI ) Candidato: Luiz Silveira Júnior

Exemplos de Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Accelerated Graphics Port ( AGP ) Candidato: Luiz Silveira Júnior

Exemplos de Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Small Computer System Interface ( SCSI ) Candidato: Luiz Silveira Júnior

Exemplos de Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: Serial Advanced Technology Attachment ( SATA ) Candidato: Luiz Silveira Júnior

Exemplos de Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Exemplos de Componentes de Hardware Dispositivos de Barramento: USB / FIREWIRE Candidato: Luiz Silveira Júnior

[Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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... Candidato: Luiz Silveira Júnior

Requisitos de Desempenho [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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... Candidato: Luiz Silveira Júnior

Parte II - Evolução dos Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Computador – Estrutura interna Unidade Central de Processamento (UCP) Memória Principal Entrada/Saída Sistema de interconexão Parte II - Evolução dos Componentes de Hardware Candidato: Luiz Silveira Júnior

Evolução dos Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Evolução dos Componentes de Hardware Nos Barramentos, mudança do Paradigma: Paralelo/Serial Candidato: Luiz Silveira Júnior

Evolução dos Componentes de Hardware [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" 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. Candidato: Luiz Silveira Júnior

Parte III - Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Parte III - Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos Candidato: Luiz Silveira Júnior

Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos DSP – O mini computador O papel do Processador Digital de Sinais - DSP IPhone, um exemplo de boa prática Candidato: Luiz Silveira Júnior

Parte IV – Futuro. Computador Quântico [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Parte IV – Futuro. Computador Quântico Candidato: Luiz Silveira Júnior

Futuro: Componentes de um Computador Quântico [Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Futuro: Componentes de um Computador Quântico Candidato: Luiz Silveira Júnior

[Prova Didática] "Hardware: Principais Componentes e suas Funções" Parte V - Conclusões Candidato: Luiz Silveira Júnior