02 introducao hardware

INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO E SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

HARDWARECONCEITOS BÁSICOS

Profa. Atslands Rego da Rocha

SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

� Sistemas de Computação;

� Hardware (Arquitetura Básica):

� CPU;

� Memória;

Agenda

� Memória;

� Barramentos;

� E/S

� Formado por:

� Hardware;

� Sistema Operacional e programas de sistema;

� Programas aplicativos.

Sistemas de Computação

3

� Programas aplicativos.

� Antigamente, era muito fácil distinguir hardware e software e atualmente ainda é fácil?

“Hardware e software são logicamente equivalentes.”

“Hardware é apenas software petrificado”. Karen Lentz

� Hardware:

� Parte física;

� Software

� Parte lógica;


4

� Parte lógica;

� Controla o Hardware;

� Advém do conhecimento humano;


� Operações fundamentais:

� Entrada;

� Processamento;

� Armazenamento;MemóriaprincipalCPU

Computador

Arquitetura

5

� Armazenamento;

� Saída.principal

E/S

Interconexãodo sistema

CPU

� Componentes:

� Unidade Lógica e Aritmética (ULA);

� Unidade de Controle

Unidade Central de Processamento

ULARegistradores

CPU

6

� Unidade de Controle (UC);

� Registradores;

� Barramentos (Interconexão dos componentes);

ULA

Interconexãointerna da CPU

Registradores

Unidadede

controle

� Funções:

� Processamento (ULA)

� Executa as instruções;

� Realiza as operações

Unidade Central de Processamento

ULARegistradores

CPU

7

� Realiza as operações lógicas e Aritméticas;

� Controle (UC)

� Busca, interpreta e controla a execução das instruções.

� Controla recursos (memória, E/S).

ULA

Interconexãointerna da CPU

Registradores

Unidadede

controle

� “A memória é o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações manipuladas por este sistema para que possam ser recuperadas quando necessário.”

Memória

8

Mário A. Monteiro

� Tipos:

� Registradores, cache, principal (interna) e secundária (externa).

� Célula: menor unidade de armazenamento;

� Endereço: identifica uma célula.

Organização Física da Memória

9Três maneiras de organizar uma memória de 96 bits.

� O modo pelo qual o BIT (BInary DigiT) é identificado na MEMÓRIA é variado:

� Sinal Elétrico (memória principal, cache e registradores);

Memória

10

� Campo magnético (disco rígido, etc);

� Presença/Ausência de Ponto de Luz (CDROM, CD-RW, DVD);

� E o que mais?

� Diferentes tipos de memória por conta da CPU ser mais veloz que a memória e da constante necessidade de armazenamento, além do custo.

Memória

11

Custo altoVelocidade Alta

Baixa CapacidadeFrequência de acesso pela CPU aumenta

Hierarquia de Memória

12

Custo baixoVelocidade baixa

Capacidade elevadaFrequência de acesso pela CPU diminui

� Tipo de memória mais veloz (interno à CPU);

� Necessita de energia elétrica para funcionar.

Registradores

13

� Exemplos:

� RAM (Random Access Memory);

� Armazenamento temporário;

� Volátil;

Memória Principal (Interna)

14

� Volátil;

� Dinâmica ou estática (DRAM ou SRAM).

� ROM (Read Only Memory).

� Armazenamento permanente;

� Não volátil;

� Ex: Programas do sistema (BIOS: Basic Input Output System).

Memória Principal (Interna)

15

Operação da Célula de Memória

Memória Principal (Interna)Operação de Leitura

16

Memória Principal (Interna)Operação de Escrita

17

Capacidade da Memória Principal

18

� N → Total de células. N = 2E

� M → Tamanho de cada célula (definido pelo fabricante)

� E → Tamanho de bits do número que representa cada endereço

Capacidade da Memória Principal

19

endereço

� T → Total de bits da memória.

Fórmulas: T= N x M e N = 2E

� Exercício:

� Uma memória RAM pode armazenar um máximo de 2048M bits. Cada célula pode armazenar 32 bits. Qual é o tamanho de cada endereço e qual é o total de células que podem ser utilizadas naquela RAM?

� RAM estática (Static RAM): não precisa de refreshing, portanto não precisa de circuitos de regeneração;

� Pequena quantidade de memória rápida;

� Comunicação entre CPU e MP é um ponto frágil para o

Memória Cache

20

� Comunicação entre CPU e MP é um ponto frágil para o desempenho do sistema;

� A função da cache é melhorar o desempenho da máquina:

� Acelera a velocidade de transferência de informações entre CPU e memória principal;

� Reduz a espera da CPU para receber dados.

Memória Cache

21Operação típica da Memória Cache

Memória Cache

22

� RAM dinâmica (Dynamic RAM): precisa de refreshing, portanto precisa de circuitos de regeneração;

� Refreshing:

� Circuito de refresh incluído no chip.

Memória Principal (DRAM)

23

� Circuito de refresh incluído no chip.

� Desabilita chip.

� Lê e escreve os dados de volta ao mesmo local.

� Leva tempo.

� Atrasa o desempenho de forma aparente.

� Necessidade do usuário de armazenamento;

� Discos magnéticos (HDs);

� CDs, DVDs;

� Pendrives;

Memória Secundária (Externa)

24

� Pendrives;

� E o que mais?

Barramentos

� A estrutura de conexão é a coleção de caminhos que conectam os vários componentes;

� Existem diferentes tipos de conexão para diferentes tipos de componentes (Memória, E/S e CPU.

25

� Um barramento é um caminho de comunicação conectando dois ou mais dispositivos;

� Como os barramentos se parecem?

� Linhas paralelas em placas de circuito.

� Cabos de fita.

� Conjuntos de fios.

� Etc.

Barramentos

� A largura determina o desempenho e quantos bits podem ser transportados simultaneamente:

� 8, 16, 32, 64 bits.

� Taxa de transferência: T= L * V

26

� Taxa de transferência: T= L * V

� L = largura do barramento;

� V = velocidade (1hz equivale a 1bps);

� Exemplo:

� Largura = 32 bits

� Velocidade = 100hz

� T = L * V = 32 * 100 = 3200bps

Barramentos

27

Esquema de interconexão de barramento

Barramentos

28

Arquitetura de alto desempenho

Entrada/Saída

� Usuário comunica-se com o computador através de periféricos;

� Entrada: teclado, mouse, scanner, vídeos, sensores;

� Saída: impressoras, vídeo, atuadores.

29

� Saída: impressoras, vídeo, atuadores.

� Funções básicas dos dispositivos de E/S:

� Comunicação do usuário com o computador;

� Comunicação do computador com o meio ambiente (dispositivos externos a serem monitorados ou controlados);

� Armazenamento (gravação) de dados.

Dúvidas?

3030

Fonte: Organização Estruturada de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Pearson. 5ª edição.

“No Pain, no Gain”

02 introducao hardware

Documents