A aula 01 discute a estrutura dos micros do padrão PC, incluindo os componentes principais como o processador, memória, chipsets e barramentos. O documento também explica conceitos-chave como clock, reset e interrupções.

2. IDENTIFICAÇÃO
MANUTENÇÃO
ESTRUTURA DOS MICROS
PADRÃO PC
AULA 01

3. Sobre aula 1
• Números binários e hexadecimais
• Dispositivos digitais e analógicos
• Circuitos integrados
• Estrutura dos micros padrão PC
• Micros de arquitetura aberta vs.
fechada
• Processadores
• Co-processadores
• Memória
• Chipsets
• Chipsets
• Barramento
• Reset
• Clock
• Slots de expansão
• Interrupções
• Acesso Direto à Memória
• Endereços de I/O
• Flat Cable
• Jumpers e switches

4. Estrutura dos micros do padrão PC

5. PROCESSADOR
• CPU: Central Processing Unit ou UCP – Unidade
Central de Processamento.
• Toda programação é feita através de instruções.
• Todo microprocessador tem um conjunto de
instruções
• Toda CPU tem pelo menos duas partes básicas OU
duas centrais básicas chamadas de unidades de
execução:
– UNIDADE DE CONTROLE
– UNIDADE LÓGICO-ARITMÉTICA

6. Unidade de controle
• Coordena todas as atividades do computador.
• Contém o conjunto de instruções, que é uma lista
de todas as operações que a CPU é capaz de
executar.
• Cada instrução é acompanhada de um
microcódigo – instruções bem básicas que dizem à
CPU como executar a instrução.
• Compatibilidade ascendente: CPUs mais novas
também rodam programas feitos para CPUs mais
antigas.

7. Pode-se considerar o processador
em si, como um grande conjunto que
possui regras muito bem conhecidas
de operação para que se obtenham
determinados resultados.

8. Unidade lógica e aritmética
• Conhecida por ALU – Arithmetic Logic
Unit ou ULA – Unidade Lógica e
Aritmética.
• Possui conjuntos especializados para somar,
subtrair, multiplicar, enfim, circuitos
capazes de realizar operações aritméticas e
lógicas com dados representados na forma
de números inteiros.

9. Co-processador
• Co-processador é um microprocessador
utilizado para alguma tarefa especifica
• Co-processador aritmético chamado por
vezes de FPU – Floating Point Unit
(Unidade de Ponto Flutuante)
• A partir de 486 DX a Intel passou a embutir
em todos os seus microprocessadores o co-
processador matemático.

10. Memórias
• RAM (Randon Access Memory): volátil
– O circuito da RAM recebe o nome de memória
dinâmica
• ROM (Read-Only Memory): memória apenas de
leitura
• Firmware: softwares armazenados na ROM
– BIOS: Basic Input/Output System
– POST: Power-On Self Test
– Setup: Configuração

11. BIOS
Ensina o processador a trabalhar com os
periféricos mais básicos do sistema, tais
como os circuitos de apoio, a unidade de
disquete e o vídeo em modo texto.

12. POST
• Inicializa todos os circuitos periféricos de
apoio da placa-mãe
• Inicializa o vídeo
• Testa a memória
• Testa o teclado
• Carrega o sistema operacional na memória
• Entrega o controle do processador ao
sistema operacional

13. SETUP
Programa de configuração do hardware do
computador

14. • O processador consegue ser bem mais
rápido que a RAM:
– Uma saída é fazer com que o processador
espere o tempo necessário para que a RAM
possa receber novos dados.
– A outra, mais inteligente: utilizar uma pequena
quantidade de memória RAM de alto
desempenho, chamada de memória estática.
CACHE

15. BARRAMENTO LOCAL -FSB
• É o caminho do processador com a
memória e o circuito de apoio chamado
ponte norte
– Barramento de dados: é por onde os dados
circulam
– Barramento de endereços: é por onde a
informação de endereço é fornecida
– Barramento de controle: informações adicionais
como, por exemplo, se a operação é de leitura
ou escrita.

16. BARRAMENTO I/O
• O processador comunica-se com periféricos
através de outros barramentos:
– Barramentos PCI/ISA

17. CLOCK
• Responsável pelo sincronismo e harmonia
dentro do computador

18. Reset
• Duas maneiras de se reinicializar o micro:
– Chave RESET
• Efetuado por hardware
– Ctrl+Alt+Del
• Efetuado por software
• Por esta opção algumas sub-rotinas do POST não
são executadas
• Em geral o POST começa a partir do passo
“Carregar o sistema operacional para a memória”

19. Memória de massa
• Disquetes
– 3 ½” capacidade 1.44 Mbytes
• Discos rígidos – HD
• CD-ROMs
• Fitas magnéticas

20. Dispositivos de Entrada e Saída
• Endereços I/O
– O processador comunica-se com os dispositivos de I/O através de
uma área distinta e independente, chamada área de I/O.

21. Circuitos de Apoio
• Responsáveis por auxiliar o processador no
gerenciamento do micro
• Chipsets: ponte norte e ponte sul

22. Controlador de Interrupçoes
• Controlador de interrupções
– Um pedido de interrupção é um que fazemos ao microprocessador
para que ele pare de executar as tarefas que estiver executando
naquele determinado momento para atender ao periférico que
pediu tal interrupção

23. Quadro de interrupções
Porta IDE secundáriaIRQ15
Porta IDE primáriaIRQ14
Co-processador matemático (conectado ao chipset)IRQ13
Mouse de barramento (bus mouse, mouse PS/2)IRQ12
(Normalmente disponível)IRQ11
(Normalmente disponível)IRQ10
Interface de vídeoIRQ9
Relógio de tempo real (conectado ao chipset)IRQ8
Porta paralelaIRQ7
Unidade de disqueteIRQ6
Placa de somIRQ5
COM1 e COM3 (comunicação serial)IRQ4
COM2 e COM4 (comunicação serial)IRQ3
Conexão em cascata (conectado ao chipset)IRQ2
Teclado (conectado ao chipset)IRQ1
Temporizador da placa mãe (conectado ao chipset)IRQ0

24. Acesso Direto à Memória (DMA)
• Acesso direto à memória (DMA)
– O DMA permite a transferência de dados para a memória sem o
conhecimento do processador.
– O barramento PCI emprega o bus mastering, que é muito mais
rápido que o DMA padrão

25. Arquitetura aberta
• Qualquer fabricante poderia desenvolver
micros e periféricos desse padrão

26. Placa mãe, slots
Slots
PCI
chipset
Slots
ISA
Slots
para
RAM
Soquete
para cpu

27. Instruções x86
• x86 é o nome da parte principal do conjunto
de instruções que as CPUs conseguem
interpretar.
• As instruções x86 são mais conhecidas
pelos seus mneumônicos:
– ADD – adição
– MOV – mover dados para os registradores
• As instruções x86 são convertidas em
pequenas ordens chamadas micro-
operadores (uops).

28. x86: Assembler x86
• Mesmo assembler ainda não é
compreendido pela CPU.
• O barramento frontal – FSB só compreende
bits.
– as vias elétricas só conseguem sinalizar zeros e
uns lógicos definidos por níveis de tensão.
– o que corre no FSB é o que chamamos de
linguagem de máquina

29. O que ocorre no FSB
A sequência
B8 85 FA em hexadecimal
é equivalente a um
mov ax, FA85
carregar o acumulador (registrador) com o valor
FA85, sendo que
B8 é o código da instrução mov ax

30. ALU
• O poder das ALUs vem aumentando a cada
geração, mas mesmo assim sua generalidade de
uso é incapaz de oferecer boa performance para
operações mais exigentes, como aquelas que
envolvem dados de ponto flutuante.
• Por software é possível fazer a ALU entregar os
mesmos resultados de uma FPU, mas será
necessário um tempo enorme de processamento

31. FPU
• 386 DX (1985) e 486 DX (1989) foram as
primeiras CPUs a incorporar uma FPU
• Instruções x87: instruções que operam com
ponto flutuante
– Exemplo: FADD é a instrução equivalente da
ADD para ponto flutuante.
– Normalmente x86 e x87 caminham juntas.

32. Sobre outras unidades de execução:
MMX
• MMX: MultiMedia eXtensions
• Desenvolvida pela INTEL
• Introduzidas entre o fim de 1986 e começo de 1987.
• 57 novas instruções
• MMX não operam com dados do tipo ponto flutuante:
são nada mais do que ALU (sem a parte lógica)
anabolizadas.
• Tipicamente, uma instrução MMX pode fornecer 4
resultados num único ciclo de clock: pelo menos 4 vezes
mais volume do que uma instrução x86 equivalente.

33. 3DNow!
• Lançado pela AMD
• Permitem o processamento de dados do tipo
ponto flutuante com precisão simples sem
seguir as regras do IEEE.

34. SSE
• Até o Pentium III a Intel ficou apenas com
as MMX
• Com o Pentium III estrelaram as ISSE
(Internet Streaming SIMD Extensions)
depois conhecidas como SSE
• Com 70 novas instruções
• Às vezes aparece MMX+, que são as
instruções MMX mais as SSE

35. Enhanced 3DNow!
• Somam 45 novas instruções:
– 21 herdadas da primeira edição 3DNow!
– das 24 novas:
• 19 constituem as chamadas MMX+
• outras 5 funções especiais DSP (Digital Signal
Processing) e úteis para soft-modens, codificação de
MP3 e áudio em geral.

36. SSE2
• Com 144 novas instruções que se somam às
70 originais
• Pentium 4 foi a primeira a reconhecê-las

37. Instruções do tipo SIMD
• SIMD: Single Instruction Multiple Data
• MMX, 3DNow! e SSE são todas instruções
do tipo SIMD
• Uma instrução faz operação em vários
dados.

38. Diagrama simplificado de um
processador
Unidade de PF,
MMX, ISSE, 3
DNow!
Unidade de
Inteiros
Cache L1 Dados
Decodificador de
Instruções
Cache L2
Cache L1 Instruções
BARRAMENTO FRONTAL - FSB

39. Arquitetura de uma placa mãe
soquete 7

40. Processo Microeletrônico
• Você verá inúmeras vezes, principalmente em relação a
novos processadores, referências à tecnologia empregada
na construção da pastilha de silício, ou seja, à distância das
trilhas que compõem a pastilha de silício, dada em mícron
(μm)
Pentium IV
0,25 μmPentium III (katamai)
0,18 μmPentium III (coppermine)
1μm386

41. Processo microeletrônico
• Os elétrons chegam ao destino em menos
tempo (ou seja, com maior velocidade)
• Maior frequência de operação
• Menos consumo de energia elétrica
• Menos produção de calor
• Tensão de alimentação (voltagem) menor