Capítulo 2 - Introdução à Arquitetura de Computadores
Componentes básicos de um computador
Processador
ULA
UC
Registradores
Clock
Memória
Principal
Secundária
Cache
Barramentos
Dispositivos de Entrada e Saída
Componentes básicos de um computador
Processador (ou microprocessador)
É um circuito integrado (ou chip). É considerado o cérebro do computador. É ele que executa os programas, faz os cálculos e toma as decisões, de acordo com as instruções armazenadas na memória.
Os microprocessadores formam uma parte importantíssima do computador chamada de UCP (Unidade Central de Processamento), ou em inglês CPU (Central Processing Unit). Antes da existência dos microprocessadores, as CPUs dos computadores eram formadas por um grande número de chips, distribuídos ao longo de uma ou diversas placas. Um microprocessador nada mais é que uma CPU inteira, dentro de um único chip.
Ligando-se um microprocessador a alguns chips de memória e alguns outros chips auxiliares, construiu-se um computador inteiro em uma única placa de circuito, chamada placa mãe dos microcomputadores.
A CPU realiza as seguintes tarefas:
Busca e executa as instruções existentes na memória. Os programas e os dados que ficam gravados no disco (rígido ou disquete) são transferidos para a memória. Uma vez estando na memória a CPU pode executar os programas e processar os dados.
Comanda todos os outros chips do computador
A CPU é composta por:
unidade de controle (UC)
unidade lógica e aritmética (ULA)
registradores
A unidade lógica e aritmética (ULA) assume todas as tarefas relacionadas às operações lógicas (and, or, not, etc.) e aritméticas (adições, subtrações, ...)
A unidade de controle (UC) assume toda a tarefa de controle das ações a serem realizadas pelo computador, comandado todos os demais componentes de sua arquitetura. É a UC que deve garantir a correta execução dos programas e a utilização dos dados corretos nas operações que as manipulam.
Os registradores
A CPU contém internamente uma memória de alta velocidade que permite o armazenamento de valores intermediários ou informação de comando. Esta memória é composta por registradores (ou registros) na qual cada registro possui uma função própria. Uma registro memoriza um número limitado de bits, geralmente uma palavra de memória. Os registros mais importantes:
contador de programa (PC) que aponta para a próxima instrução a executar;
registro de instrução (IR) que armazena a instrução em execução;
outros registros que permitem o armazenamento de resultados intermediários.
Clock
Clock é um circuito oscilador que tem a função de sincronizar e ditar a medida de velocidade de transferência de dados entre duas partes essenciais de um processamento, por exemplo, entre o processador e a memória principal. Esta frequência é medida em ciclos por segundo, ou hertz .
Memória
Constitui de um conjunto de circuitos capazes de armazenar os dados e os programas a serem executados pela máquina. Temos as seguintes categorias de memória:
a ) A memória principal (ou memória de trabalho)
É onde normalmente devem estar armazenados os programas e dados a serem manipulados pelo processador. Este tipo de memória aparece como um conjunto de chips que são inseridos na placa mãe do computador.
Os chips de memória podem ser divididos em duas grandes categorias:
RAM (memória de leitura e escrita)
São chips de memória que podem ser gravados pela CPU a qualquer instante. A CPU usa a RAM para armazenar e executar programas vindos do disco, para ler e gravar os dados que estão sendo processados. É uma memória volátil ( quando o computador é desligado, todos os seus dados são apagados). Por esta razão, os dados e programas devem ficar gravados no disco, que é uma memória permanente.
Exemplo: BIOS (basic input-output system – sistema básico de entrada e saída). Está gravado em uma memória permanente localizada na placa mãe. Tipos de memórias permanentes:
ROM
São chips que podem ser lidos pela CPU a qualquer instante, mas não podem ser gravados pela CPU. A gravação é feita pelo fabricante. Este tipo de memória foi usada para armazenar a BIOS.
PROM
É uma ROM programável. A gravação pode ser feita apenas uma vez, pois utiliza um processo irreversível.
EPROM
É uma ROM programável e apagável. Pode ser programada comportando-se com o uma ROM. A EPROM pode ser apagada com raios ultravioletas de alta potência.
EEPROM
É um tipo de memória ROM mais flexível. Pode ser apagada sob controle de software. Utilizada para armazenar as BIOS atuais.
A placa mãe contém quase toda a memória de um microcomputador, mas outras placas também podem conter memórias, do tipo RAM e do tipo ROM. As placas de vídeo contém uma ROM com a sua própria BIOS e uma RAM chamada de memória de vídeo
b) A memória secundária (ou memória de massa)
Não é acessada diretamente pela CPU. O acesso é feito através de interfaces ou controladoras especiais. É uma memória do tipo permanente. Possui alta capacidade de armazenamento e um custo menor que o da memória principal. A memória secundária não é formada por chips, e sim por dispositivos que utilizam outras tecnologias de armazenamento (magnética ou ótica).
Exemplos: disco rígido, disquete, fita magnética e cd-rom.
Placas controladoras
SCSI (small compact system interface) permite a conexão de diversos periféricos;
IDE (intelligent drive electronics)
A memória cache
É uma área reservada de memória que possui duas funções:
Aumentar o desempenho do computador
Aumentar o tempo de vida das unidades de disco
Temos dois tipos de memória cache:
A que vem incorporada à máquina, dessa forma é mais rápida que a memória RAM;
A que é implementada via software na memória RAM, aumentando o desempenho do acesso ao disco.
Barramentos
Um barramento ou bus, é um caminho comum pelo qual os dados trafegam dentro do computador. Este caminho é usado para comunicação e pode ser estabelecido entre dois ou mais elementos do computador.
O tamanho do barramento determina quantos dados podem ser transferidos em uma única vez (16 bits, 32bits, ...)
Um PC possui muitos barramentos, que incluem:
Barramento do processador
É o barramento que o chipset (chips de suporte adjacentes contidos na placa mãe) usa para enviar/receber informações do processador.
Barramento de cache
É um barramento dedicado para acessar a cache. Usado pelos Pentium Pro e Pentium III.
Barramento de memória
Conecta o sub-sistema da memória ao chipset e ao processador.
Barramento local de entrada/saída (E/S)
Usado para conectar periféricos de alto desempenho à memória, chipset e processador. Exemplo: placas de vídeo, interface de redes de alta velocidade. Os mais comuns:
Vesa local bus (VLB)
Peripheral component inter connect bus (PCI)
Barramento padrão de entrada/ saída(E/S):
Usado para periféricos lentos (mouses, placas de som) e também para compatibilidade com dispositivos antigos.
Industry standard architecture (ISA)
Todos os barramentos possuem duas partes: um barramento de endereçamento (que transfere a informação de onde o dado se encontra) e um barramento de dados (que transfere os dados em si, ou seja, o valor de memória).
Dispositivos de Entrada e Saída ou Periféricos
São equipamentos utilizados como portadores das informações que o computador irá processar. Através desses dispositivos, o computador pode armazenar, ler, transferir e receber dados.
Dispositivos de entrada:
Teclado
Mouse
Drive de CD-ROM
Microfone
Scanner
Dispositivos de saída:
Vídeo
Impressora
Alto-falante
Dispositivos de entrada e saída:
Disco rígido
Drive de disquete
Unidade de fita magnética
Modem
Tipos de comunicação com os dispositivos:
A CPU comunica-se com os periféricos através de circuitos chamados interfaces ou portas de E/S, que implementam a transmissão de dados segundo duas políticas:
comunicação paralela: impressora;
comunicação serial: mouse, modem.