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Hardware (Parte I)
Prof.a Joseana Macêdo Fechine Régis de Araújo
joseana@computacao.ufcg.edu.br
Carga Horária: 60 horas
Universidade Federal de Campina Grande
Departamento de Sistemas e Computação
Introdução à Computação
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– Unidade Central de Processamento
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Hardware – Conceitos Básicos
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Hardware Software
Sistema de Computação
Hardware – Conceitos Básicos
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 Computadores atuais –
Operações fundamentais
 Entrada (Input)
 Processamento (Processing)
 Saída (Output)
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Hardware – Conceitos Básicos
DSC/CEEI/UFCG 5
Hardware – Conceitos Básicos
Unidade Central de Processamento
Unidade
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Unidade Primária
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de Entrada
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DSC/CEEI/UFCG 6
Hardware – Conceitos Básicos
Computadores atuais
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DSC/CEEI/UFCG 7
Ilustração de um computador
Hardware – Conceitos Básicos
DSC/CEEI/UFCG 8
Funções realizadas pela UCP
 Processamento
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–movimentação de dados
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–operações de entrada ou saída
 Controle
–Busca, interpretação e controle da execução das
instruções.
–Controle da ação dos demais componentes do
sistema de computação (memória,
entrada/saída).
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 9
Componentes fundamentais
 Unidade de Controle
 Unidade Aritmética e Lógica
 Registros (Registradores)
 Sistemas de Comunicação (Barramentos)
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 10
Barramentos
 Rede de linhas de comunicação que conecta os
elementos internos do processador e que também
conduz até os conectores externos que ligam o
processador com os demais elementos do sistema
de informática.
 Como um dado é composto por bits (geralmente um
ou mais bytes) o barramento deverá ter tantas linhas
condutoras quanto forem os bits a serem
transportados de cada vez.
 Em alguns computadores (em uma abordagem que
visa a redução de custos), os dados podem ser
transportados usando mais de um ciclo do barramento.
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 11
Barramentos – Tipos
 Barramento de endereços – unidirecional
 Barramento de dados – bidirecional
 Barramento de controle - bidirecional
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 12
Barramentos
Hardware – UCP
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Interno
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Sistema
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DSC/CEEI/UFCG 13
Barramentos - Protocolos - Padronização
 USB (Universal Serial Bus) - permite a conexão de
muitos periféricos simultaneamente ao barramento e
este, por uma única tomada, se conecta a placa mãe.
Pretende ser norma os dispositivos que necessitem de
baixo desempenho (Ex.: teclado, mouse, modem,
scanner, impressoras, etc).
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 14
Barramentos - Protocolos - Padronização
 PCI Express (sucessor do AGP e do PCI) - conta
com um recurso que permite o uso de uma ou mais
conexões seriais, isto é, "caminhos" (também
chamados de lanes) para transferência de dados.
– Se um determinado dispositivo usa um caminho, então diz-
se que este utiliza o barramento PCI Express 1X, se utiliza
4 conexões, sua denominação é PCI Express 4X e assim
por diante. Cada lane pode ser bidirecional, ou seja,
recebe e envia dados.
– Tecnologia PCI Express se mostra muito promissora (tende
a ser um padrão).
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 15
Barramentos - Protocolos - Padronização
Hardware – UCP
Placa-mãe da Asus com
suporte a diferentes slots
PCI Express.
O conector do barramento
PCI Express em placas-mãe
pode variar conforme a
velocidade usada
DSC/CEEI/UFCG 16
Demais componentes - UCP
 Relógio (clock)
– dispositivo gerador de pulsos cuja duração é
chamada de ciclo.
– Freqüência - número de ciclos por segundo (Hz),
usada também para definir a velocidade do
processador.
 O relógio nada mais é do que um oscilador externo
ao microprocessador, que gera pulsos a intervalos
regulares de tempo. A cada pulso, uma ou mais
microoperações são realizadas.
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 17
Demais componentes - UCP
 Relógio (clock)
– Exemplos:
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 18
Número de bits - UCP
 Relacionado com a capacidade de manipulação do
processador:
Capacidade interna - computador diz-se de n
bits em função da capacidade dos seus
registradores. Ex.: família Intel x86, varia entre 8
e 32 bits.
Capacidade externa - quantidade de informação
recebida pela UCP do exterior.
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 19
Estratégias de implementação - UCP
 CISC - Complex Instruction Set Computer
– um conjunto de instruções maior e mais complexo, implicando
num processador mais complexo, com ciclo de processamento
mais lento;
– Exemplo: PC, Macintosh.
 RISC - Reduced Instruction Set Computer
– um conjunto de instruções menor e mais simples, implicando num
processador mais simples, com ciclo de processamento rápido.
– Exemplo: Power PC, Alpha, Sparc.
 ATUALMENTE: Processadores híbridos, que são
essencialmente CISC e possuem internamente núcleos RISC.
Tendência – utilização de um conjunto de instruções reduzido, visto que os compiladores tendem a usar, em
geral, apenas uma pequena quantidade de instruções. Há também vantagens na implementação do
hardware (maior simplicidade, menor tempo de ciclo de instrução).
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 20
O projeto de um processador poderia ser
resumido em:
 Definir o conjunto de instruções (todas as possíveis
instruções que o processador poderá executar)
– definir formato e tamanho das instruções
– definir as operações elementares
 Projetar os componentes do processador (UAL, UC,
registradores, barramentos, ...)
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 21
 A cada dia é lançado um microprocessador
mais veloz e com maior capacidade de
processamento, cabendo a nós fazermos uma
análise detalhada na hora da compra.
 A escolha de um microprocessador deve ser
baseada na relação custo benefício, ou seja,
qual o microprocessador que vai atender as
minhas necessidades com o menor custo.
Hardware – UCP
DSC/CEEI/UFCG 22
 Durante a década de 70, Gordon Moore, na época o
presidente da Intel lançou uma profecia, que dizia
que a partir dali o poder de processamento dos
processadores dobraria a cada 18 meses.
 Esta "profecia" tornou-se tão verdadeira que acabou
virando a famosa lei de Moore.
Hardware – UCP
Você já parou para pensar
até onde os processadores
podem evoluir? Até onde a
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  • 1. DSC/CEEI/UFCG Hardware (Parte I) Prof.a Joseana Macêdo Fechine Régis de Araújo joseana@computacao.ufcg.edu.br Carga Horária: 60 horas Universidade Federal de Campina Grande Departamento de Sistemas e Computação Introdução à Computação
  • 2. DSC/CEEI/UFCG 2 Tópicos – Unidade Central de Processamento – Memória – Entrada/saída Hardware – Conceitos Básicos
  • 3. DSC/CEEI/UFCG 3 Peopleware Hardware Software Sistema de Computação Hardware – Conceitos Básicos
  • 4. DSC/CEEI/UFCG 4  Computadores atuais – Operações fundamentais  Entrada (Input)  Processamento (Processing)  Saída (Output)  Armazenamento (Storage) Hardware – Conceitos Básicos
  • 5. DSC/CEEI/UFCG 5 Hardware – Conceitos Básicos Unidade Central de Processamento Unidade de Controle ULA Unidade Primária de Armazenamento Dispositivos de Entrada Dispositivos de Saída Dispositivos de Armazenamento Secundário Computadores atuais
  • 6. DSC/CEEI/UFCG 6 Hardware – Conceitos Básicos Computadores atuais Entrada Processamento Armazenamento Saída
  • 7. DSC/CEEI/UFCG 7 Ilustração de um computador Hardware – Conceitos Básicos
  • 8. DSC/CEEI/UFCG 8 Funções realizadas pela UCP  Processamento –operações aritméticas e lógicas –movimentação de dados –desvios –operações de entrada ou saída  Controle –Busca, interpretação e controle da execução das instruções. –Controle da ação dos demais componentes do sistema de computação (memória, entrada/saída). Hardware – UCP
  • 9. DSC/CEEI/UFCG 9 Componentes fundamentais  Unidade de Controle  Unidade Aritmética e Lógica  Registros (Registradores)  Sistemas de Comunicação (Barramentos) Hardware – UCP
  • 10. DSC/CEEI/UFCG 10 Barramentos  Rede de linhas de comunicação que conecta os elementos internos do processador e que também conduz até os conectores externos que ligam o processador com os demais elementos do sistema de informática.  Como um dado é composto por bits (geralmente um ou mais bytes) o barramento deverá ter tantas linhas condutoras quanto forem os bits a serem transportados de cada vez.  Em alguns computadores (em uma abordagem que visa a redução de custos), os dados podem ser transportados usando mais de um ciclo do barramento. Hardware – UCP
  • 11. DSC/CEEI/UFCG 11 Barramentos – Tipos  Barramento de endereços – unidirecional  Barramento de dados – bidirecional  Barramento de controle - bidirecional Hardware – UCP
  • 12. DSC/CEEI/UFCG 12 Barramentos Hardware – UCP Barramento Interno Barramento do Sistema Barramento de Expansão
  • 13. DSC/CEEI/UFCG 13 Barramentos - Protocolos - Padronização  USB (Universal Serial Bus) - permite a conexão de muitos periféricos simultaneamente ao barramento e este, por uma única tomada, se conecta a placa mãe. Pretende ser norma os dispositivos que necessitem de baixo desempenho (Ex.: teclado, mouse, modem, scanner, impressoras, etc). Hardware – UCP
  • 14. DSC/CEEI/UFCG 14 Barramentos - Protocolos - Padronização  PCI Express (sucessor do AGP e do PCI) - conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais, isto é, "caminhos" (também chamados de lanes) para transferência de dados. – Se um determinado dispositivo usa um caminho, então diz- se que este utiliza o barramento PCI Express 1X, se utiliza 4 conexões, sua denominação é PCI Express 4X e assim por diante. Cada lane pode ser bidirecional, ou seja, recebe e envia dados. – Tecnologia PCI Express se mostra muito promissora (tende a ser um padrão). Hardware – UCP
  • 15. DSC/CEEI/UFCG 15 Barramentos - Protocolos - Padronização Hardware – UCP Placa-mãe da Asus com suporte a diferentes slots PCI Express. O conector do barramento PCI Express em placas-mãe pode variar conforme a velocidade usada
  • 16. DSC/CEEI/UFCG 16 Demais componentes - UCP  Relógio (clock) – dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo. – Freqüência - número de ciclos por segundo (Hz), usada também para definir a velocidade do processador.  O relógio nada mais é do que um oscilador externo ao microprocessador, que gera pulsos a intervalos regulares de tempo. A cada pulso, uma ou mais microoperações são realizadas. Hardware – UCP
  • 17. DSC/CEEI/UFCG 17 Demais componentes - UCP  Relógio (clock) – Exemplos: Hardware – UCP
  • 18. DSC/CEEI/UFCG 18 Número de bits - UCP  Relacionado com a capacidade de manipulação do processador: Capacidade interna - computador diz-se de n bits em função da capacidade dos seus registradores. Ex.: família Intel x86, varia entre 8 e 32 bits. Capacidade externa - quantidade de informação recebida pela UCP do exterior. Hardware – UCP
  • 19. DSC/CEEI/UFCG 19 Estratégias de implementação - UCP  CISC - Complex Instruction Set Computer – um conjunto de instruções maior e mais complexo, implicando num processador mais complexo, com ciclo de processamento mais lento; – Exemplo: PC, Macintosh.  RISC - Reduced Instruction Set Computer – um conjunto de instruções menor e mais simples, implicando num processador mais simples, com ciclo de processamento rápido. – Exemplo: Power PC, Alpha, Sparc.  ATUALMENTE: Processadores híbridos, que são essencialmente CISC e possuem internamente núcleos RISC. Tendência – utilização de um conjunto de instruções reduzido, visto que os compiladores tendem a usar, em geral, apenas uma pequena quantidade de instruções. Há também vantagens na implementação do hardware (maior simplicidade, menor tempo de ciclo de instrução). Hardware – UCP
  • 20. DSC/CEEI/UFCG 20 O projeto de um processador poderia ser resumido em:  Definir o conjunto de instruções (todas as possíveis instruções que o processador poderá executar) – definir formato e tamanho das instruções – definir as operações elementares  Projetar os componentes do processador (UAL, UC, registradores, barramentos, ...) Hardware – UCP
  • 21. DSC/CEEI/UFCG 21  A cada dia é lançado um microprocessador mais veloz e com maior capacidade de processamento, cabendo a nós fazermos uma análise detalhada na hora da compra.  A escolha de um microprocessador deve ser baseada na relação custo benefício, ou seja, qual o microprocessador que vai atender as minhas necessidades com o menor custo. Hardware – UCP
  • 22. DSC/CEEI/UFCG 22  Durante a década de 70, Gordon Moore, na época o presidente da Intel lançou uma profecia, que dizia que a partir dali o poder de processamento dos processadores dobraria a cada 18 meses.  Esta "profecia" tornou-se tão verdadeira que acabou virando a famosa lei de Moore. Hardware – UCP Você já parou para pensar até onde os processadores podem evoluir? Até onde a lei de Moore pode continuar sendo válida?