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.

1. INTRODUÇÃO À
CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO E
SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
HARDWARE
CONCEITOS BÁSICOS
Profa. Atslands Rego da Rocha

2. Agenda
Sistemas de Computação;
Hardware (Arquitetura Básica):
CPU;
Memória;
Barramentos;
E/S

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
3

4. Sistemas de Computação
Hardware:
Parte física;
Software
Parte lógica;
Controla o Hardware;
Advém do conhecimento humano;
4

5. Sistemas de Computação
Operações fundamentais: Arquitetura
Entrada; Computador
Processamento;
Memória
Armazenamento; CPU principal
Saída.
Interconexão
do sistema
E/S
5

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
6

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.
8

9. Organização Física da Memória
Três maneiras de organizar uma memória de 96 bits.
9

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?
10

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.
11

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. Registradores
Tipo de memória mais veloz (interno à CPU);
Necessita de energia elétrica para funcionar.
13

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. Memória Principal (Interna)
Operação da Célula de Memória
15

16. Memória Principal (Interna)
Operação de Leitura
16

17. Memória Principal (Interna)
Operação de Escrita
17

18. Capacidade da Memória Principal
18

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.
20

21. Memória Cache
Operação típica da Memória Cache 21

22. Memória Cache
22

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. Memória Secundária (Externa)
Necessidade do usuário de armazenamento;
Discos magnéticos (HDs);
CDs, DVDs;
Pendrives;
E o que mais?
24

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
26

27. Barramentos
Esquema de interconexão de barramento
27

28. Barramentos
Arquitetura de alto desempenho
28

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.
29

30. Dúvidas?
“No Pain, no Gain”
Fonte: Organização Estruturada de Computadores. Andrew S. Tanenbaum.
Pearson. 5ª edição.
30 30