hardware: principais componentes e suas funções doutor luiz silveira júnior 18 de agosto de 2009
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Hardware:Principais Componentes e Suas Funções
Doutor Luiz Silveira Júnior
18 de Agosto de 2009
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Roteiro
O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Definição de Sistemas Computacionais Considerações de Projeto Primeiras tentativas: Surgimento dos Primeiros Computadores Características dos Componentes Modernos Funcionalidades: Os Drivers Requisitos de Desempenho
Evolução dos Componentes de Hardware Mudança do Paradigma: Paralelo/Serial Aumento da presença de chipsets dedicados
Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos Introdução Exemplos de boas práticas
Futuro: Componentes de Um Computador Quântico
Conclusões
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Parte I - O Papel do Hardwarenos Sistemas Computacionais
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O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais Modernos
Sistema Computacional é um conjunto de componentes integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulações com dados, isto é, realizar algum tipo de operação com os dados de modo a obter uma informação útil.
Alan Turing Princípio da Máquina de TuringProcessar informação...
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O Papel do Hardware nos Sistemas Computacionais
Pesquisa de Componentes...Considerações de Projeto:
Estrutura – modo como os componentes estão inter-relacionados.
Função – a operação de cada componente individual como parte da estrutura.
Pascal construiu a máquina com 19 anos.
1642
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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros Computadores Década de 1930Década de 1930 – Konrad Zuse (alemão)
construiu uma série de máquinas de calcular automáticas usando relés eletromecânicos.
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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros Computadores 1944 - Mark I (Howard Aiken) - primeiro computador
eletromecânico construído
Construção do Mark II (Sucessor do Mark I) – Computadores a relé já estavam obsoletos.
Características do Mark ICaracterísticas do Mark I
18 metros de comprimento 2 metros de largura Peso - 70 toneladas. 7 milhões de peças móveisFiação alcançava 800 Km.Tinha 72 palavras de 23 dígitos decimaisTempo de execução de uma instrução – 6 segundos.
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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresComputadores Eletrônicos: Segunda Guerra Mundial
19391939 – Ingleses aprendem a decodificar as mensagens. – Ingleses aprendem a decodificar as mensagens. ProblemaProblema – dificuldade de decodificação.– dificuldade de decodificação.SoluçãoSolução - - COLOSSUSCOLOSSUS
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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresComputadores Eletrônicos: Segunda Guerra Mundial
Características:Características:- Válvulas.- Válvulas.- 5 mil caracteres /seg- 5 mil caracteres /segCapaz de quebrar o código Capaz de quebrar o código da segunda geração de da segunda geração de máquinas ENIGMA. máquinas ENIGMA. No final da guerra, dez No final da guerra, dez Colossus em operação Colossus em operação constante permitiam que os constante permitiam que os ingleses soubessem melhor ingleses soubessem melhor que o comando alemão onde que o comando alemão onde se encontravam seusse encontravam seus submarinos.submarinos.
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30 June 1945 – John von Neuman
Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros Computadores
Componentes básicos1. Memória2. Unidade Aritmética Lógica3. Unidade de controle4. Dispositivos de
entrada/saída
Mesma composição básica de umcomputador eletrônico digital
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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresENIAC (Eletronic Numerical
Integrator And Computer)
Características
1. A válvula é o componente básico1. Grandes dimensões2. Esquentava muito3. Gastava muita energia
elétrica4. Tinham, dispositivos de
Entrada/Saída primitivos (através da cartões perfurados).
5. Eram aplicados em campos científicos e militares.
6. Linguagem de programação: linguagem de máquina.
7. Operações internas mediam-se em milissegundos.
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Primeiras Tentativas:Surgimento dos Primeiros ComputadoresAdvento do Transistor
CaracterísticasTamanho menor que a válvula
1. Esquentava menos2. Gastava menos
energia elétrica3. Mais durável e
confiávelO transistor possibilitou o desenvolvimentoda Microeletrônica. Com este, foram possível obter desde Processadores, Células de Memória à diversos Chips, fazendo parte da arquitetura presente na maioria dos SCs.
Shockeley, Bardeen e Brattain em frente à bancada experimental onde demonstraram o transistor.
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Características dosComponentes Modernos
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Características dosComponentes Modernos
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Características dosComponentes Modernos
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Características dosComponentes Modernos
Memória de um computador subsistema - construída de vários componentes (vários tipos diferentes de memória) interligados e integrados, com o objetivo de armazenar e recuperar informações.
Conceitos ImportantesConceitos Importantes
1. Tempo de acesso2. Capacidade3. Volatilidade4. Tecnologia de
fabricação5. Temporariedade6. Custo
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.
Características dosComponentes Modernos
Alta VelocidadeAlto CustoAlto Custo
Baixa Capacidade
Baixa VelocidadeBaixo CustoBaixo Custo
Capacidade elevada
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READ ACCESS MEMORY - RAM Chips de memória de 4 MB
Conector
Características dosComponentes Modernos
Vantagens Desvantagens
RAM Dinâmica Barata, Baixo consumo, alta densidade
Necessita de atualização, Lenta
RAM Estática Rápida, não necessita de atualização
Maior custo, maior consumo de energia
Memória Principal
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Tipos de Memória e Encapsulamento
Unidade de memória – grupo de chips, em geral 8 e 16, montado em uma placa de circuito impresso.
Denominações: SIMM (Single in Line Memory Module) – uma linha
de conectores em apenas um lado da placa. DIMM (Dual in Line Memory Module) – uma linha
de conectores em ambos os lados da placa. SO-DIMM (Small Outline DIMM) – DIMM
fisicamente menor, utilizada, por exemplo, em notebook
Características dosComponentes Modernos
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Tipos de Memória e Encapsulamento
DDR - Double Data Rating é a tecnologia que substituiu as tradicionais memórias DIMM de 168 pinos.
Tipo de memória baseado na tecnologia SDRAM. Podem realizar o dobro de operações por ciclo de clock.
Exemplo: uma memória DDR de 266 MHz trabalha, na verdade, com 133 MHz. Como realiza duas operações por vez, é como se trabalhasse a 266 MHz (o dobro).
Dual DDR - baseia-se na idéia: em vez de utilizar uma única controladora para acessar todos os slots de memória da placa-mãe, por que não usar duas controladoras ao mesmo tempo? Essa é a principal diferença do esquema Dual DDR.
DDR 2 - Evolução da DDR, não é compatível com placas-mãe que trabalham com memória DDR.
Características dosComponentes Modernos
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Características dosComponentes Modernos
Read Only Memory ROM
EPROM- É um tipo de ROM especial que pode ser programada pelo usuário. Seu conteúdo pode ser apagado pela exposição a raios ultravioletas.
EEPROM- É também um tipo especial de ROM muito semelhante á EPROM, tendo como diferença apenas o fato de que seu conteúdo é apagado aplicando-se uma voltagem específica em um dos seus pinos de entrada.
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Características dosComponentes ModernosMemória Cache
É uma memória de alta velocidade que faz a interface entre o processador e a memória do sistema.
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Características dosComponentes Modernos
Memória Cache:
Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Cache para a Memória PrincipalPrincipal (RAM cache) (RAM cache), Cache para Disco.
Memória Cache:
Há diversos tipos de memória cache utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Cache para a Memória PrincipalPrincipal (RAM cache) (RAM cache), Cache para Disco.
Algoritmos de substituiçãoLRU (Least Recently Used) – substituir o bloco usado menos recentemente.FIFO (First-in-first-out) – substituir o bloco que está no conjunto há mais tempo.LFU (Least Frequently Used) – substituir o bloco que foi utilizado menos vezes. Outra técnica - substituir aleatoriamente uma das linhas candidatas.
Algoritmos de substituiçãoLRU (Least Recently Used) – substituir o bloco usado menos recentemente.FIFO (First-in-first-out) – substituir o bloco que está no conjunto há mais tempo.LFU (Least Frequently Used) – substituir o bloco que foi utilizado menos vezes. Outra técnica - substituir aleatoriamente uma das linhas candidatas.
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Características dosComponentes Modernos
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Características dosComponentes Modernos
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Características dosComponentes ModernosBarramento
Meio pelo qual se dá a transmissão de sinais digitais com os quais o processador comunica-se com os outros dispositivos
Barramento de E/SPlaca gráfica Rede Placa de Som Mouse Teclado Modem etc
Exemplos:Exemplos:
* ATA * SATA * SCSI
Barramento de Dados
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Características dosComponentes ModernosBarramento
Meio pelo qual se dá a transmissão de sinais digitais com os quais o processador comunica-se com os outros dispositivos
Barramento de E/SPlaca gráfica Rede Placa de Som Mouse Teclado Modem etc
Exemplos:Exemplos:
* AGP * AMR * EISA * FireWire * IrDA * ISA * MCA * PCI * PCI Express * Pipeline * VLB * VESA * USiB
Barramento de Expansão
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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Peripheral Component Interconnect ( PCI )
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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Accelerated Graphics Port ( AGP )
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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Small Computer System Interface ( SCSI )
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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: Serial Advanced Technology Attachment ( SATA )
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Exemplosde Componentes de HardwareDispositivos de Barramento: USB / FIREWIRE
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Funcionalidades
Definição de Driver:
O hardware dedicado exige componentes de softwares, tornando possível ao sistema operacional realizar o seu controle,ou seja, a ele mesmo “funcionar”.
Quem desenvolve e fornece os drivers são os próprios fabricantes do hardware..
Exemplos de Drivers:
Programa de Instalação de Impressora, scanner, Placa de som, placa de vídeo...
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Requisitosde Desempenho
O que garante o bom desempenho do sistema computacional ???
Não adianta ter um processador com extrema capacidade de processamento de instruções por segundo, se os dados trafegam por vias estreitas (barramento de baixas velocidade), se a memória principal está mal dimensionada (pouca quantidade de MB/aplicação), ou se a velocidade de transferência do disco é baixa, devido a sua alta fragmentação, ou se os drivers estão desatualizados...
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Parte II - Evolução dos Componentes de Hardware
Computador – Estrutura interna
1. Unidade Central de Processamento (UCP)
2. Memória Principal3. Entrada/Saída4. Sistema de interconexão
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Evolução dosComponentes de HardwareNos Barramentos, mudança do Paradigma: Paralelo/Serial
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Evolução dosComponentes de HardwareAumento da presença de chipsets dedicados
Boa velocidade nos barramentosDrivers bem projetados
Nova oferta de funcionalidades, com aproveitamento da estrutura instalada.
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Parte III - Funcionalidades Complexas & Convergência de Dispositivos
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Funcionalidades Complexas & Convergência de DispositivosDSP – O mini computador
O papel do Processador Digital de Sinais - DSP
IPhone, um exemplo de boa prática
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Parte IV – Futuro. Computador Quântico
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Futuro: Componentes deum Computador Quântico
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Parte V - Conclusões