Introdução a Computação - Unidade 5.pptx

1. Introdução a
Computação
Unidade 5 - Arquitetura de computadores
Prof. Dr
. Manoel Ribeiro - Unilab

2. Introdução
Nesta unidade, será apresentada a arquitetura de um computador genérico
com a função de cada um dos seus componentes principais. Será apresentada
a relação entre hardware e software, mostrando os fatores relevantes
que influenciam o desempenho.
Estudaremos os componentes de hardware:unidade central de
processamento e memória, dispositivos de armazenamento e sistemas de entrada
e saída, bem como suas interação com o software

3. ÍNDICE
01
Arquitetura de
computadores
03
Dispositivos de
armazenamento
02
Unidade centrafi de
processamento e
memória
04
Sistemas de
entrada
e saída

4. 01
Arquitetura de computadores

5. Umcomputador éumdispositivo que executaquatro funções: ele recebedados de
entradas (converte dados do mundo exterior para o universo eletrônico); armazena os
dados (deforma eletrônica); processa dados (executa operações matemáticas e
lógicas); eexibe os dados de saídas (mostra os resultados para os usuários através
de uma tela).
Computador digitafi

6. ● Um computador consiste no hardware e no software.
● Ohardwareé o equipamento físico: o próprio computadore os periféricos
conectados. Os periféricos são todos os dispositivos ligados ao computador
para finalidades de entrada,de saída e de armazenamentodos dados (tais
como um teclado, um monitor de vídeo ou um disco rígido externo).
● Osoftware consiste nos programas enos dados associados (informação)
armazenados no computador
.Um programa é uma sequência de instruções que
o computador segue como objetivo de manipular dados.Apossibilidade de
incluir ou de excluir programas diferentes é a fonte de versatilidade de um
computador
.
Hardware e Sofitware

7. ● O principal módulo é a Unidade Central de Processamento, usualmente conhecida como
CPU (Central Processing Unit).
● A CPU é o “cérebro” do computador
, na qual todo o processamento é realizado. Ela é
constituída por três submódulos:
○ a Unidade Lógica e Aritmética (ULA),
○ os Registradores e
○ a Unidade de Controle.
● Nos computadores modernos, a CPU é construída em um único Circuito Integrado (chip).
Arquitetura do Hardware

8. Unidade Lógica e Aritmética
(ULA)
● A Unidade Lógica e Aritmética (ULA),também
conhecida comoArithmetic and Logic Unit
(ALU),é responsável por realizar as operações
do computador, como soma e subtração, assim
como as funções lógicas, OU, E, NÃO e OU
Exclusivo.
● São compostas por várias portas lógicas e
circuitos somadores completos.

9. ● Os registradores são memórias utilizadas para
realizar guardar provisoriamente valores de
operandos e resultados para as operações na
CPU.
● Essas memórias são muito rápidas e de
tamanho pequeno, geralmente suficientes para
guardar menos de uma dezena de valores.
● Além dos registradores, écomumhaver uma
memória de rascunho dentro da CPU, chamada
de Cache L1, que armazena parte do código
que será executado.
Registradores da CPU

10. ● AUnidade de Controle é responsável por
controlar todo o funcionamento da CPU e
também de todo o computador
. Ela controla o
processamento entre ULAe Registrador e
interage como barramentoexterno, onde
ficam os periféricos.
● A Unidade de Controle tem uma função-chave,
que é a interpretação do código do programa
(Linguagem assembly) queirá nortear os
comandos do processamento.
Unidade de Controfie

11. ● Além da CPU o hardware é composto pela memória principal, armazenamento não
volátil e dispositivos de entrada e saída
Arquitetura compfieta

12. Memória principafi (RAM)
● A memória de acesso randômico (do inglês Random Access
Memory,frequentemente abreviado para RAM),também
chamadode memória volátil de leitura eescrita, éuma
memória temporária computacional de acesso rápido; ou
seja, éumlocal de armazenamentotemporário de
informações digitais usada pelo processador para
armazenar informações temporariamente
● Possui um acesso feito de forma aleatória mais rápido que
ao HD, DVD, pendrive (permite a rápida leitura e escrita de
informações),utilizada como memória primária em
sistemas eletrônicos digitais.
● Interage com a CPU por um barramento de memória

13. Armazenamento não vofiátifi
(HDD/SSD)
● O armazenamento não volátil
armazena dados e programas de forma
definitiva e portanto são se perdem
quando o computador é desligado
● Pode ser implementado por:
○ HDD- Dispositivo de
armazenamento magnético
○ SSD - Dispositivo de
armazenamento semicondutor
Os SSD armazenaminformações de forma
muito mais rápida que um HD.

14. Barramento de Entrada e Saída (IO)
● O módulo de Entrada e de Saída, ou
Input/Output (I/O),estabelece a
ligação do computador com o mundo
externo,usando equipamentos
periféricos.
● Essa interface permite a ligação de
teclados e de mouses (para entrada de
dados), de monitores ou de
impressoras (para exibição dos dados)
e de placas de comunicação (rede,
wifi, bluetooth).

15. 02
Unidade centrafi de
processamento e memória

16. ● O processador é o componente do computador que
faz o processamento real dos dados.
● Um microprocessador é uma unidade do
processador central (CPU) encapsulada dentro de
um microchip.
● O circuito integrado do microprocessador contém
uma placa de material semicondutor que contém
milhões de transistores e de outros componentes
fabricados no próprio silício.
● Devido à grande quantidade de circuitos
encapsulados emumaárea tão minúscula, a
energia necessária para seu funcionamento gera
muito calor e exige sistemas de resfriamento
Processador

17. ● Os diversos chips em uma placa-mãe precisam de
umasincronização única para mantero fluxo de
dados coerente.
● Para isso, umcircuito de relógio (clock) distribui
um sinal único para todos os chips que passarão a
se comunicar de forma coerente.
● O circuito de clock utiliza uma pedra de cristal
que vibra naturalmente numa frequência muito
bem definida.
● A velocidade de relógio é medida em unidades de
ciclos por segundo, quesão chamadas de Hertz
(Hz).
● Atualmente os computadores funcionam comum
clock na ordem de milhões (MHz) e até bilhões de
Hertz (GHz).
Refiógio interno (cfiock)

18. ● A velocidade do processador central pode variar
dependendo da demanda de processamento, mas
sempre sincronizado com o clock
● Outrofator queimpacta na velocidade do
processador é o tamanho do barramento de dados,
quese refere à quantidade de bits de
entrada/saída queele pode processar
simultaneamente em um determinado instante.
Vefiocidade do processador
centrafi

19. ● Os computadores gastam muito tempo nos laços (loops), repetindo a mesma
sequência de instruções várias vezes, assim, se esse código estiver na memória
cache, pode melhorar significativamente o desempenho.
● Se a memória cacheestá situada no chip do processador central ou em chips
externos próximos com uma ligação de alta velocidade, ela é chamada de cache L1
ou de cache L2.
Vefiocidade doprocessador
centrafi (cache)

20. ● Outros aspectos da arquitetura dos microprocessadores que afetam a velocidade
incluem o grau de complexidade dos comandos que podem executar:
○ CISC - CPU são CISC (conjunto de instrução complexa) são computadores que
disponibilizam um conjunto de instruções complexas e completas, reduzindo
a complexidade do software
○ RISC - CPU são RISC (conjunto de instrução reduzida) são computadores que
disponibilizam umconjuntode instruções simples, aumentando a
complexidade do software
● Basicamente temos as duas arquitetura no mercado, CISC - X86 (INTEL, AMD) E RISC
- ARM
Arquitetura RISC e CISC

21. ● Obarramentode dados é a estrada elétrica com várias vias que ligam o
processador central aos outros componentes da placa-mãe, tal como memória RAM,
disco rígido e controladores de I/O.
● Esse barramento é chamado Front Side Bus (FSB).
● O tamanho da palavra do barramento de dados determina quantos bits podem ser
movidos simultaneamente ao longo dele.
● Tipicamente, nos computadores modernos, usa-se 32 bits ou 64 bits.
Barramento de dados

22. ● ARAM consiste de um bloco de portas lógicas
num chip, que podem estar ligados ou desligados
(representando um ou zero), individualmente.
● Os chips de RAM precisam de energia constante
para manter o que é armazenado nele
● Um desligamento da energia, mesmo que seja
uma fração de segundo (por exemplo, causado por
umrelâmpago na redeelétrica), pode fazer com
que a RAM perca seus dados.
● Tipicamente as memórias RAM se apresentam em
pequenas placas chamadas de “pente”, com um
conjunto de chips de bilhões de circuitos de
memórias
Memória RAM
Circuito de uma RAM (1 bit)

23. ● Os computadores também têmalguma memória
ROM (Read Only Memory ou Memória apenas para
leitura) na placa-mãe.
● AROMéconstruída por outros tipos de
transistores, não precisa de energia para guardar
suas informações, mas também essas
informações não podem ser re-escritas.
● Quandoo computadoré ligado, o programa
armazenadona ROMéexecutado, dando os
primeiros comandos para o computador funcionar.
● Esse programa,chamadode BIOS (Basic
Input/Output System ou Sistema Básico de
Entrada/Saída),
Memória ROM

24. ● Amemória flash é uma tecnologia de
armazenamento de dados que usa uma memória não
volátil.
● Isso querdizer quenada éperdido quando é
desligado, além de não exigir partes móveis ou uso
excessivo de energia para funcionar.
● Essas memórias são utilizadas em PEN Driver e SSD
Memória Ffiash

25. 03
Dispositivos de
armazenamento

26. ● Os dispositivos de armazenamento,tais comounidades de disco, armazenam
programas e arquivos de dados de forma permanente.
● Ao contrário das memórias RAM, os dados armazenados nesses dispositivos não
desaparecem quando a energia é desligada.
Dispositivos de
Armazenamento

27. ● Uma unidade de disco rígido (HDD), disco rígido, hard
drive, disco fixo ou disco duro popularmente chamado
tambémde HD(derivação de HDDdo inglês harddisk
drive) é umdispositivo de armazenamentode dados
eletromecânico que armazena e recuperadados
digitais usando armazenamentomagnético eumou
mais pratos rígidos de rotação rápida revestidos com
material magnético.
● Um braço robótico com sensor magnético na ponta faz
a leitura e gravação em trilhas concêntricas
pré-definida nos discos
● As trilhas são organizadas em setores que podem
armazenar uma certa quantidade de bytes
● Possui interface de coneção SATA
Disco rígido (HDD)

28. ● Memória Flash é umtipo especial de memória RAM
desenvolvida nos anos 80 que apresenta a
característica de não ser volátil, isto é,não perde os
dados quando a energia é desligada. Apesar de ser um
pouco mais lenta queas memórias RAM voláteis, ela é
muito mais rápida que os discos rígidos.
● A memória Flash se popularizou com a disponibilidade
de interface USB,que permitiu a construção de
memórias não voláteis portáteis que podem se ligar,
emqualquer porta USB,comumavelocidade bastante
alta. Esse dispositivo chamadopen drive ou memory
key tem se tornado cada vez mais popular em virtude
da praticidade e do baixo preço.
●
Cartões de memória Ffiash

29. ● Umaunidade de estado sólido (eminglês: solid-state
drive, ou SSD) éumdispositivo de armazenamentode
estado sólido que usa conjuntos de circuitos
integrados para armazenar dados de forma persistente,
normalmente usando memória flash, substituindo os
HDD por sua grande velocidade de gravação e acesso
● Podem se apresentar em duas forma de conexão:
○ SATA,semelhante a um HDD, inclusive no
formato e tamanho
○ NVME, Non-Volatile Memory Express, possui
barramento e formato exclusivo e menor em
relação ao SATA,mas coma mesma
funcionalidade
SSD

30. ● O armazenamento conectado à rede (NAS) é um
dispositivo de armazenamentoexterno de dados de
computador em nível de arquivo conectado a uma rede
de computadoresquefornece acesso a dados a um
grupo heterogêneo de clientes.
● Recentementeestes dispositivos são conectados via
internet e podendo ser acessados de qualquer lugar e
qualquer computador
. São serviços mais utilizados de
NAS: GoogleDriver, OndeDrive, DropBox, …
NAS

31. 04
Sistemasde entrada
e saída

32. ● Emcomputação,o sistema de entrada/saída, em
inglês Input/Output, tambémconhecido pela sigla
I/O, refere a comunicação entre umsistema de
processamento de dados (como um computador) e o
mundoexterior
, seja ele umoutro sistema de
processamento de dados ou umser humano.As
entradas são os sinais ou os dados recebidos pelo
sistema, e as saídas são os sinais ou os dados
emitidos por ele.
Sistemas de entrada
e saída

33. ● Oteclado de computador éutilizado para incluir
informações de texto no computador
, como se faz na
datilografia em máquinas de escrever antigamente.
● O teclado pode também ser usado para inserir os
comandos que controlam o computador para executar
determinadas ações.
● Os teclados comalfabeto latino seguem o padrão de
disposição das teclas chamado QWERTY inventado
pelos ingleses em 1868
● Atualmente o teclado se conecta ao computador por
uma porta USB ou bluetooth (sem fio)
Tecfiado

34. ● As interfaces gráficas (chamadas GUI) exigem algum
tipo de dispositivo para posicionar o cursor na tela.
● Os dispositivos apontadores típicos são mouse,
touchpad, pen tablet e trackball.
● Atualmente o mouse se conecta ao computador por
uma porta USB ou bluetooth (sem fio)
Dispositivo apontador

35. ● O dispositivo de saída tradicional de um computador
para um ser humano, que exibe parte do conteúdo da
memória usando tecnologia CRT
, LCD ou LED
● Os monitores também podem ser classificados
conforme sua resolução VGA, HD, FULL HD, UHD
Monitor

36. ● Impressora ou dispositivo de impressão é um
periférico que, quando conectado a um computador ou
a umaredede computadores, tema função de
dispositivo de saída, imprimindo textos, gráficos ou
qualquer outro conteúdo de um programa.
● Podem ser de matriciais, térmica, jato de tinta ou
laser
Impressora

37. ● Um scanner é um dispositivo que lê imagens em uma
página impressa empapel, produzindo umaimagem
feita de pixels minúsculos dos valores diferentes de
brilho e de cor que são representados numericamente
e transmitidos ao computador digitalmente.
● Se acoplada a uma impressora passamos a chamar
dispositivo multifuncional
Scanner

38. ● Dispositivo que permitem a captura e reprodução de
áudio no formato digital proveniente do computador
● Composto por: microfone, alto-falantes ou caixa de
som que podem ser externas ou internas
● Completando os dispositivos multimídia existem a
WEBCAM que é uma câmera digital com transmissão
imediata das imagens para o computador
● Muita WEBCAM já possuem microfone embutido
Mufitimídia