1. Arquitetura do
Computador
Prof. Paulo Roberto Ribeiro
pribeiro@milnegocios.com.br
2. O Computador
Máquina capaz de solucionar problemas através de
tarefas que lhe são fornecidas
Os computadores se distinguem pela sua finalidade
Classificação quanto à operação, utilização e
necessidades dos usuários
Tem Três partes diferentes que funcionam em
conjunto:
Hardware
Software
Cableware
Para um sistema computacional, acrescentamos
uma outra parte essencial: Peopleware
3. Classificação dos Computadores
Quanto à característica de operação
Analógicos
Digitais
Híbridos
Quanto à característica de utilização
Científicos
Comerciais
Quanto ao usuário
Pessoal
Corporativo
4. Operação
Analógicos
Manipulam sinais elétricos analógicos que são utilizados para
controle de processos e problemas de simulação
95% dos computadores são digitais
Executam trabalhos usando elementos representados por grandezas
físicas, como por exemplo, a intensidade de uma corrente elétrica.
São criados para uma finalidade específica, isto é, só se aplicam a
um determinado trabalho
Digitais
Manipulam sinais elétricos do tipo digital
Realizam suas operações utilizando elementos representados por
grandezas matemáticas (números), operam dígito a dígito
Programados através de uma linguagem de programação
São destinados a aplicações múltiplas, podendo ser utilizados em
diversas tarefas.
Híbridos
Características dos dois anteriores
Entradas/Saídas controladas por conversores analógico-digitais e
vice-versa
5. Utilização
Científicos
Áreas de cálculo e pesquisas científicas
Resultados de maior precisão
Pequeno volume de entrada/saída porém
precisam de unidade processadores sofisticadas
Comerciais
Maioria dos equipamentos
Grande volume de entrada/saída com rápido
processamento
6. Tipos de Computadores
Uso Pessoal
Estações de trabalho
Computadores de mesa (desktop)
Handhelds
Notebooks
Desknotes
Palmtops
7. Tipos de Computadores
Uso Corporativo
Supercomputadores Ultra-rápidos. Processam grande
volume de dados científicos
Mainframes Utilizados por grande número de usuários
ao mesmo tempo
Terminais “interfaces” entre o usuário e o mainframe
Minicomputadores similares ao mainframe só que de
menor porte
Servidores Não são projetados para uso direto.
Disponibilizam informações para pessoas conectadas em
rede
8. O Computador
Hardware
A Arquitetura do
Computador
9. O Computador
O computador é uma máquina misteriosa, onde, de alguma
forma mística, são guardadas e processadas
informações?
Você será capaz de:
Identificar e definir os componentes que fazem
para da arquitetura básica de um computador
10. Arquitetura Básica do
Computador
M Entrada
E
Envio dos dados para
M serem processados
Ó
Unidade Central de Processamento (UCP)
R
Obtenção dos resultados requeridos
I
A Saída
11. Dispositivos de Entrada e Saída
Interação entre o usuário e o
M Entrada computador
E Dispositivos que interagem com
M o ambiente
Dispositivo de Entrada
Ó UCP Encaminha as solicitações/dados do
usuário ao computador, através de
R
mouse, teclado, etc
I Dispositivo de Saída
A Saída Apresenta os resultados finais do
processamento, através dos
monitores de vídeo, impressoras, etc
12. UCP
Cérebro do computador
Entrada Busca e executa as
M
instruções
E Composta de:
M Unidade de Controle
U ULA
Unidade Lógica-Aritmética
Ó C
R P UC
I
A
Saída
13. Mémoria
Armazena programas e dados
M Local onde o processador:
Entrada
Busca dados a serem processados,
E Guarda valores intermediários,
M Envia resultados finais do
processamento
Ó UCP
Pequenos pentes/módulos
R encaixados na placa mãe
I A menor unidade de informação
Saída armazenável é o BIT
A
A menor unidade de medida da
memória é o BYTE
14. Arquitetura do Computador
Unidade Aritmético-Lógica
U Recebe os dados da memória para
processá-los quando uma instrução
C for aritmética ou lógica
Entrada Unidade de Controle Saída
P
Determina a execução e
interpretação das instruções
controla o fluxo dos dados
e
Armazena
endereços de
instruções e
Memória Principal
Registradores
dados que estão
sendo
processados
Armazena programas e dados que
Memória Secundária
estão sendo processados
Armazena programas que podem ser executados
15. O Computador
Hardware
Outros Componentes
Básicos do Computador
16. Outros componentes
Como fazer com que os dados inseridos pelo
dispositivo de entrada cheguem ao
processador e à memória? E como fazer
com que os dados processados cheguem ao
dispositivo de saída?
Não podemos esquecer de outros
componentes do computador que interagem
entre si, contribuindo para o funcionamento
do computador.
17. Outros componentes
Placa Mãe
Barramento
Clock
Microprocessador
Tecnologia de Reconhecimento de Instruções do
Processador
18. Placa Mãe (Motherboard)
Acomoda o processador e todos os componentes
Principal placa do computador
(memória principal, memória cache, BIOS, portas serial e
paralela, etc) que permitem ao processador
interagir com os demais periféricos
Gerencia transação de dados entre CPU e
periféricos.
Componentes On board e Off board
Muitas placas mãe permitem
o upgrade
Modificação da velocidade do clock,
tipo de processador...
19. Barramento
Percurso elétrico que conecta UCP, memória e
outros dispositivos de hardware da placa-mãe
O barramento é a estrada que permite a
comunicação com o processador, que é
compartilhada por todos os periféricos conectados
a este barramento
Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit
de cada vez
8 linhas 1 byte, 32 linhas 4 bytes
Tipos:
Endereços, Dados e Expansão (ou Slot)
20. Barramento
Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit
de cada vez
Barramento de 8 linhas 1 byte
Barramento de 32 linhas 4 bytes
Exemplos de padrões de barramento de expansão:
ISA (Industry Standard Architecture),
MCA (Microchannel Architecture),
EISA (Extended Industry Standard Architecture),
VLB (Vesa Local Bus),
PCI (Peripheral Component Interconnect),
AGP (Accelerated Graphics Port),
USB (Universal Serial Bus)
21. Padrões de Barramento
Padrão ISA
Os dados são transmitidos em 8 ou 16 bits
Suas origens remontam o PC XT com
processador 8086/8 e atualmente é uma
limitação dos mais recentes programas,
especialmente em multimídia, servidores de
rede, CAD/CAM
Ainda encontrados em
placas de som e modem
22. Padrões de Barramento
Padrão MCA
Desenvolvido com o surgimento dos
processadores 386
Os dados são transmitidos em 32 bits
2.5 vezes mais rápido que o ISA de 16 bits
Desenvolvido pela IBM
Alto custo
Incompatibilidade com o ISA
Arquitetura fechada
23. Padrões de Barramento
Padrão EISA
Os dados são transmitidos em 32 bits
Pode-se conectar placas padrão ISA
Mantém a compatibilidade e preserva investimentos
em placas já feitos
Mais rápido que o ISA (2 vezes) mas nem tanto
quanto o MCA
Alto custo
24. Padrões de Barramento
Padrão VLB
Os dados são transmitidos em 32 bits
Mais rápido que o EISA e o MCA
Compatível com o ISA (2 conectores para ISA + 1 para
destinado a transferência de dados a altas velocidades
permitidas pelo VLB)
Utilizado por placas de vídeo (principais prejudicadas
pelos barramentos lentos)
Custo menor que seus concorrentes
Desenvolvido para
trabalhar com
processadores 486
25. Padrões de Barramento
Padrão PCI
Os dados são transmitidos em 64 bits
Desenvolvido inicialmente pela Intel
Desenvolvido para o Pentium e para o Pentium
Pro
Padrão
Mais barato e versátil que o VLB
Alto desempenho
26. Padrões de Barramento
Padrão AGP
Desenvolvido para as placas de vídeo mais
modernas (3D) e processadores Pentium II
2 vezes mais rápido que o PCI
Permite a placa de vídeo acessar diretamente a
memória para armazenar texturas sem que os
dados passem pelo processador
27. Padrões de Barramento
Padrão USB
Novo padrão para a conexão de periféricos
externos
Facilidade de uso
Possibilidade de conectar vários periféricos a
uma única porta USB
Considerado 1º barramento para micros
realmente Plug-and-Play
28. Clock
Coração do computador Emite pulsos elétricos que se
propagam pelo barramento
Movido por um cristal de quartzo localizado na placa mãe
As moléculas deste cristal vibram milhões/bilhões de vezes por
segundo, em velocidade constante
As vibrações são usadas para cronometrar operações de
processamento e ditar a velocidade de transferência de dados
Expresso em termos de frequência – Hertz (Hz)
1 Hz = 1 ciclo por segundo (1 operação realizada a cada ciclo)
Exemplo: Computador de 1 GHz emite 1 bilhão de pulsos
elétricos por segundo – 1 bilhão de realizadas por segundo
O processador não possui gerador de clock. Opera
multiplicando o sinal recebido da placa mãe
29. Microprocessador (UCP)
Cérebro de um microcomputador
Sempre está em evolução
Relação do processador
e a quantidade
de transistores
30. Microprocessador (UCP)
Relação do tamanho do transistor em cada
década/processador:
Década de 70 Um mícron equivale a
Intel 4004 (1971) 15 mícrons 1 milésimo de milímetro,
8088 (1979) 3 mícrons (do tamanho ou a
de um vírus) 1 milionésimo de metro
Década de 80
486 1 mícron
Década de 90,
Pentium III 0.18 mícron (do tamanho de uma molécula de
DNA)
Atualmente
Ou 20 nanômetros
Pentium 4 e Athlon 0.13 mícron
Por volta de 2012 Nanotecnologia,
0.02 mícron (algumas dezenas de Computação Quântica
átomos de outro)
31. Microprocessador (UCP)
Ano, Processador, Barramento e Frequência
1978 - 8088 (i8/e16 bits, 5 MHz) rodava DOS e manipulava textos e
números, mas os gráficos eram muito pobres
1982 - 80286 (16 bits, 6 a 12 MHz) principal avanço: trabalhar em modo
real (compatível com 8088) e em modo protegido (manifestando seu
potencial – acesso à memória, multitarefa)
1985 - 386 (SX: e16/i32 / DX: 32 bits, 16 a 33 MHz) acessa 4GB de RAM.
Possível alternar entre modo real e protegido. Tinha potência suficiente para
suportar uma interface gráfica - foi o início da era Windows.
1989 - 486 (32 bits, 25 a 100 MHz) cache (8 KB) e coprocessador
aritmético interno
1993 - Pentium (i32/e64 bits, 60 a 300 MHz) coprocessador remodelado.
Cache (16 KB).
2002/2003- Athlon (64 bits) acessar 32 TB de RAM
2003 – Power Mac Ou G5 – Apple (64 bits)
2003/2005 – Pentium 4 (64 bits, 3 a 3,8 GHz) Cache (166 KB)
32. Tecnologia relacionada ao
número de instruções de
processamento que podem ser
reconhecidas
CISC (Complex Instruction Set Computing)
Conjunto Complexo de Instruções
RISC (Reduced Instruction Set Computing)
Conjunto Reduzido de Instruções
33. CISC
• Reconhece mais de uma centena de instruções
• É mais lento na execução das instruções (quanto >
número de instruções > tempo)
• A maioria dos microprocessadores são CISC
34. RISC
• Reconhece um número limitado de instruções que,
em contrapartida, são otimizadas para que sejam
executadas com mais rapidez
• Redução do conjunto de instruções ao mínimo: as
instruções não contempladas são executadas como
combinações das existentes
• Desempenho de 50-75% superior a um CISC