INTRODUÇÃO ÀCIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO ESISTEMAS DE INFORMAÇÃO    HARDWARE    CONCEITOS BÁSICOS    Profa. Atslands Rego da Rocha
AgendaSistemas de Computação;Hardware (Arquitetura Básica):   CPU;   Memória;   Barramentos;   E/S
Sistemas de ComputaçãoFormado por:  Hardware;  Sistema Operacional e programas de sistema;  Programas aplicativos.   Antig...
Sistemas de ComputaçãoHardware:   Parte física;Software   Parte lógica;   Controla o Hardware;   Advém do conhecimento hum...
Sistemas de ComputaçãoOperações fundamentais:          Arquitetura Entrada;                       Computador Processamento...
Unidade Central de ProcessamentoComponentes:  Unidade Lógica e                      CPU  Aritmética (ULA);  Unidade de Con...
Unidade Central de ProcessamentoFunções:  Processamento (ULA)                         CPU     Executa as instruções;     R...
Memória“A memória é o componente de um sistema decomputação cuja função é armazenar as informaçõesmanipuladas por este sis...
Organização Física da Memória         Três maneiras de organizar uma memória de 96 bits.                                  ...
MemóriaO modo pelo qual o BIT (BInary DigiT) é identificado naMEMÓRIA é variado:  Sinal Elétrico (memória principal, cache...
MemóriaDiferentes tipos de memória por conta da CPU ser maisveloz que a memória e da constante necessidade dearmazenamento...
Hierarquia de Memória                                  Custo alto                               Velocidade Alta           ...
RegistradoresTipo de memória mais veloz (interno à CPU);Necessita de energia elétrica para funcionar.                     ...
Memória Principal (Interna)Exemplos:  RAM (Random Access Memory);    Armazenamento temporário;    Volátil;    Dinâmica ou ...
Memória Principal (Interna)            Operação da Célula de Memória                                            15
Memória Principal (Interna)Operação de Leitura                              16
Memória Principal (Interna)Operação de Escrita                              17
Capacidade da Memória Principal                                  18
Capacidade da Memória PrincipalN → Total de células. N = 2EM → Tamanho de cada célula (definido pelo fabricante)E → Tamanh...
Memória CacheRAM estática (Static RAM): não precisa de refreshing,portanto não precisa de circuitos de regeneração;Pequena...
Memória Cache          Operação típica da Memória Cache   21
Memória Cache                22
Memória Principal (DRAM)RAM dinâmica (Dynamic RAM): precisa de refreshing,portanto precisa de circuitos de regeneração;Ref...
Memória Secundária (Externa)Necessidade do usuário de armazenamento;Discos magnéticos (HDs);CDs, DVDs;Pendrives;E o que ma...
BarramentosA estrutura de conexão é a coleção de caminhos queconectam os vários componentes;Existem diferentes tipos de co...
BarramentosA largura determina o desempenho e quantos bitspodem ser transportados simultaneamente:  8, 16, 32, 64 bits.Tax...
Barramentos       Esquema de interconexão de barramento                                               27
Barramentos              Arquitetura de alto desempenho                                               28
Entrada/SaídaUsuário comunica-se com o computador através deperiféricos;  Entrada: teclado, mouse, scanner, vídeos, sensor...
Dúvidas?                         “No Pain, no Gain”Fonte: Organização Estruturada de Computadores. Andrew S. Tanenbaum.Pea...
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  1. 1. INTRODUÇÃO ÀCIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO ESISTEMAS DE INFORMAÇÃO HARDWARE CONCEITOS BÁSICOS Profa. Atslands Rego da Rocha
  2. 2. AgendaSistemas de Computação;Hardware (Arquitetura Básica): CPU; Memória; Barramentos; E/S
  3. 3. Sistemas de ComputaçãoFormado 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 3
  4. 4. Sistemas de ComputaçãoHardware: Parte física;Software Parte lógica; Controla o Hardware; Advém do conhecimento humano; 4
  5. 5. Sistemas de ComputaçãoOperações fundamentais: Arquitetura Entrada; Computador Processamento; Memória Armazenamento; CPU principal Saída. Interconexão do sistema E/S 5
  6. 6. Unidade Central de ProcessamentoComponentes: Unidade Lógica e CPU Aritmética (ULA); Unidade de Controle Registradores ULA (UC); Registradores; Interconexão interna da CPU Barramentos (Interconexão dos Unidade componentes); de controle 6
  7. 7. Unidade Central de ProcessamentoFunções: 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. 8. Memória“A memória é o componente de um sistema decomputação cuja função é armazenar as informaçõesmanipuladas por este sistema para que possam serrecuperadas quando necessário.” Mário A. MonteiroTipos: Registradores, cache, principal (interna) e secundária (externa).Célula: menor unidade de armazenamento;Endereço: identifica uma célula. 8
  9. 9. Organização Física da Memória Três maneiras de organizar uma memória de 96 bits. 9
  10. 10. MemóriaO modo pelo qual o BIT (BInary DigiT) é identificado naMEMÓRIA 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? 10
  11. 11. MemóriaDiferentes tipos de memória por conta da CPU ser maisveloz que a memória e da constante necessidade dearmazenamento, além do custo. 11
  12. 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 12
  13. 13. RegistradoresTipo de memória mais veloz (interno à CPU);Necessita de energia elétrica para funcionar. 13
  14. 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). 14
  15. 15. Memória Principal (Interna) Operação da Célula de Memória 15
  16. 16. Memória Principal (Interna)Operação de Leitura 16
  17. 17. Memória Principal (Interna)Operação de Escrita 17
  18. 18. Capacidade da Memória Principal 18
  19. 19. Capacidade da Memória PrincipalN → Total de células. N = 2EM → Tamanho de cada célula (definido pelo fabricante)E → Tamanho de bits do número que representa cadaendereçoT → Total de bits da memória. Fórmulas: T= N x M e N = 2EExercício: 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. 20. Memória CacheRAM 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 odesempenho do sistema;A função da cache é melhorar o desempenho damáquina: Acelera a velocidade de transferência de informações entre CPU e memória principal; Reduz a espera da CPU para receber dados. 20
  21. 21. Memória Cache Operação típica da Memória Cache 21
  22. 22. Memória Cache 22
  23. 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. 23
  24. 24. Memória Secundária (Externa)Necessidade do usuário de armazenamento;Discos magnéticos (HDs);CDs, DVDs;Pendrives;E o que mais? 24
  25. 25. BarramentosA estrutura de conexão é a coleção de caminhos queconectam os vários componentes;Existem diferentes tipos de conexão para diferentestipos de componentes (Memória, E/S e CPU.Um barramento é um caminho de comunicaçãoconectando dois ou mais dispositivos;Como os barramentos se parecem? Linhas paralelas em placas de circuito. Cabos de fita. Conjuntos de fios. Etc. 25
  26. 26. BarramentosA largura determina o desempenho e quantos bitspodem 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 26
  27. 27. Barramentos Esquema de interconexão de barramento 27
  28. 28. Barramentos Arquitetura de alto desempenho 28
  29. 29. Entrada/SaídaUsuário comunica-se com o computador através deperiféricos; 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. 29
  30. 30. Dúvidas? “No Pain, no Gain”Fonte: Organização Estruturada de Computadores. Andrew S. Tanenbaum.Pearson. 5ª edição. 30 30

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