Ligações do microprocessador com o exterior

É preciso ler dados provenientes do teclado, mouse e outros dispositivos de entrada, bem como transferir dados para o vídeo, impressora e outros dispositivos de saída.

Essas operações são chamadas de “entrada e saída”, ou E/S (em inglês, Input/Output, ou I/O).

Portanto, além de processar dados, um processador deve ser capaz de realizar operações de entrada e saída, bem como realizar leituras e gravações na memória.

A ligação entre o microprocessador por um lado e a memória e os circuitos periféricos por outro é efectuada através de três conjuntos distintos de ligações eléctricas, denominados "bus" e que são:

• O bus de dados, que permite a transferência de dados entre o microprocessador e quer a memória quer os periféricos;
• O bus de endereço que permite ao microprocessador seleccionar a posição de memória sobre a qual quer efectuar uma operação de escrita ou leitura;

• O bus de comando que permite ao microprocessador escolher entre a memória e os periféricos para operações de escrita ou leitura assim como o tipo de operação a realizar. • O bus de comando permite ainda aos periféricos interromperem a actividade normal do microprocessador de modo a que este execute as operações necessárias à satisfação do periférico que emitiu o sinal de interrupção.

Nos microprocessadores mais simples o bus de dados é constituído por quatro ou oito linhas distintas dizendo-se por isso que é um microprocessador de quatro ou oito bits, isto porque cada linha pode transportar um sinal eléctrico que só pode ter um de dois valores de tensão distintos a que correspondem os valores numéricos em numeração binária 0 e 1.

O relógio

O microprocessador necessita também de um sinal periódico chamado sinal de relógio, gerado externamente, que irá definir a cadência de execução do programa pelo microprocessador.

A frequência desse sinal periódico tem de estar ajustada às especificações do microprocessador e encontram-se valores entre alguns Megahertz para os microprocessadores mais simples até alguns Gigahertz para os microprocessadores mais modernos.

Tipos de endereçamentos do microprocessador

• Endereçamento de registro

Nesse modo ocorre de registro ou memória para outro registro ou memória. Ou seja, os dados saem do registro para outro registro ou para outra memória, bem como podem sair da memória para um registro ou para outro local da memória.

• Endereçamento imediato

Nesse modo, se transfere da fonte de forma imediata, através de um número constante em hexadecimal.
Por exemplo: MOV AH, 2112H
Ou seja, estamos transferindo diretamente do endereço 2112H para o registro AH (poderia ser para outro local na memória).

• Endereçamento directo

Move uma informação entre um endereço de memória e um registro.

• Endereçamento indireto de registro 

Ocorre entre registro e local da memória, onde esta é endereçada por um registro de índice ou registro de base, que são BP, BX(BH e BL), SI e DI. Usado em endereços de segmentos de dado do offset.
Por exemplo: MOV AX, [CX]
[CX] é o endereço de offset do segmento de dados, e em AX temos um endereço de memória.

• Endereçamento de Base+Índice

Igual ao modo de endereçamento indireto de registro, porém ele também usa o registro de índice (SI ou DI).
Por exemplo: MOV [BX + DI], CH

• Endereçamento relativo de registro 

Também usa registro de índice ou registro de base, mas com algum deslocamento no endereço.
Por exemplo:
MOV AH,[BH + 2]
MOV AH,VETOR[BL]

• Endereçamento relativo de Base+Índice

Igual ao caso anterior, mas usando ambos registos (de índice e de base), além do deslocamento.

Por exemplo: MOV AX,[BX + SI + 4]

Organização da memoria

 Qualquer sistema computacional apresenta sua memória organizada de forma hierárquica. • Uma arquitetura Intel apresenta basicamente a seguinte organização: memória primária e memória secundária. CPU ¸ CACHE ¸ RAM

Memória Cache  É um tipo de memória de alta velocidade que fica posicionada entre o microprocessador e a memória RAM. • O tempo de acesso destas memórias geralmente é menor que 25ns. • O sistema de memória cache melhora o desempenho global dos sistemas de memória para dados que são cessados mais do que uma vez. • O tamanho da memória cache é determinado mais pela aplicação do que pelo microprocessador.

Tipos de dados

Em ciência da computação tipos de variáveis ou dados é uma combinação de valores e de operações que uma variável pode executar, o que pode variar conforme o sistema operacional e a linguagem de computador.São utilizados para indicar ao compilador ou interpretador as conversões necessárias para obter os valores em memória durante a construção do programa. O tipo de dado ajuda também o programador a detectar eventuais erros envolvidos com semântica das instruções, erros esses detectados na análise semântica dos compiladores.

Dependendo da linguagem de programação, o tipo de um dado é verificado diferentemente, de acordo com a análise léxica, sintáctica e semântica do compilador ou interpretador da linguagem. Os tipos têm geralmente associações com valores na memória ou com objectos (para uma linguagem orientada a objecto) ou variáveis.

Tipo estático e dinâmico

A verificação do tipo de um dado é feita de forma estática em tempo de compilação ou de forma dinâmica em tempo de execução. Em C, C++, Java e Haskell os tipos são estáticos, em Scheme, Lisp, Smalltalk, Perl, PHP, Visual Basic, Ruby e Python são dinâmicos.

Em C uma definição estática do tipo de uma variável ficaria assim:

Arquitectura de um sistema tipo (microprocessador).

Do ponto de vista do programador, a Arquitetura de Computadores trata do comportamento funcional de um sistema computacional (ex. tamanho de um tipo de dados – 32 bits para um inteiro) e a Organização de Computadores trata da estrutura interna que não é visível para o programador (ex. frequência do relógio ou tamanho da memória física). Existe um conceito de níveis na arquitetura de computadores. A ideia básica é que existem muitos níveis nos quais o computador pode ser considerado, do nível mais alto, onde o usuário executa programas, ao nível mais baixo, que consiste de transistores e fios.[1] Este trabalho tem por objetivo o conhecimento e o estudo da arquitetura básica de um microprocessador hipotético tendo por base os microprocessador Z8088 e Z80 da Zilog.

Evolução dos Microprocessadores

O primeiro microprocessador utilizado em um computador pessoal foi o Intel 8080. Era um computador de 8 bits completo dentro de um chip e foi lançado em 1974; mas o primeiro microprocessador que se tornou realmente popular foi o Intel 8088, lançado em 1979 e incorporado a um PC IBM – que apareceu em 1982. Se conhece a história e o mercado de PCs, vai se lembrar da evolução dos processadores. O 8088 evoluiu para o 80286, depois para o 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III e Pentium 4, Celeron, Xeon, Itanium, Core, Core Duo, Quad… Todos estes microprocessador foram produzidos pela Intel e são melhorias do design básico do 8088. Falando só da Intel. Seu principal concorrente, a AMD, evoluiu paralelamente, com o 286A, o 386, 486, 586, K5, K6-3, Athlon, Duron, Sempron, Athlon MX, AMD64, Phenom e Turion.

Uma tabela com as diferenças entre os processadores que a Intel lançou nos últimos anos.

• A data é o ano em que o processador foi lançado. Muitos processadores são relançados com maiores velocidades de clock anos depois do lançamento original.

• Transístores é o número de transístores no chip. Nos últimos anos, o número de transístores em um chip cresceu bastante.

• Mícrons é a largura, em mícrons, do menor fio do chip. Para ter uma ideia, o fio de cabelo humano tem a espessura de 100 mícrons. Os chips diminuem de tamanho e o número de transístores aumenta.

• Velocidade do clock é a taxa máxima do clock do chip.

• Largura de dados é a largura da Unidade Lógico-Aritmética (ALU). Uma ALU de 8 bits podem somar/subtrair/multiplicar/etc, dois números de 8 bits. Uma ALU de 32-bit pode manipular números de 32 bits. Uma ALU de 8 bits teria que executar quatro instruções para somar dois números de 32 bits, enquanto que uma ALU de 32 bits precisa de apenas uma instrução. Em muitos casos, o barramento externo de dados é da mesma largura que a ALU. O 8088 tinha uma ALU de 16 bits e um barramento de 8 bits. Os chips mais recentes procuram dados de 64 bits de uma vez para as ALUs de 32 bits.

Principais componentes de um microprocessador

O microprocessador, geralmente chamado simplesmente de processador, é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador. Todos os computadores e equipamentos eletrônicos baseiam-se nele para executar suas funções, podemos dizer que o processador é o cérebro do computador por realizar todas estas funções, é tornar o computador inteligente.

Um microprocessador incorpora as funções de uma unidade central de computador (CPU) em um único circuito integrado, ou no máximo alguns circuitos integrados. É um dispositivo multifuncional programável que aceita dados digitais como entrada, processa de acordo com as instruções armazenadas em sua memória, e fornece resultados como saída. Microprocessadores operam com números e símbolos representados no sistema binário.

Arquitetura interna de um microprocessador dedicado para processamento de imagens de ressonância magnética, a fotografia foi aumentada 600 vezes, sob luz ultravioleta para se enxergar os detalhes

Vista inferior de um Athlon XP 1800+ núcleo Palomino, um microprocessador moderno.

O microprocessador é um circuito integrado formado por uma camada chamada de mesa epitaxial de silício, trabalhada de modo a formar um cristal de extrema pureza, laminada até uma espessura mínima com grande precisão, depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico e dopada pela exposição a altas temperaturas em fornos que contêm misturas gasosas de impurezas. Este processo é repetido tantas vezes quanto necessário à formação da microarquitetura do componente.

Responsável pela execução das instruções num sistema, o microprocessador, escolhido entre os disponíveis no mercado, determina, em certa medida a capacidade de processamento do computador e também o conjunto primário de instruções que ele compreende. O sistema operativo é construído sobre este conjunto.

O próprio microprocessador subdivide-se em várias unidades, trabalhando em altas frequências. A ULA(Unidade Lógica Aritmética), unidade responsável pelos cálculos aritméticos e lógicos e os registadores são parte integrante do microprocessador na família x86, por exemplo.

Embora seja a essência do computador, o microprocessador diferente do microcontrolador, está longe de ser um computador completo. Para que possa interagir com o utilizador precisa de: memória, dispositivos de entrada/saída, um clock, controladores e conversores de sinais, entre outros. Cada um desses circuitos de apoio interage de modo peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a moldar o funcionamento do computador.

Módulo 8: Análise de Equipamentos Informáticos

Módulo 8: Análise de Equipamentos Informáticos

1.     Equipamentos informáticos e suas características e normas:

1.1. Computador portátil;

1.2. Caixa;

1.3. Fonte de alimentação;

1.4. Processador;

1.5. Cooler;

1.6. MotherBoard;

1.7. Placa de Vídeo;

1.8. Placa de Som;

1.9. Disco Rígido;

1.10. Drive de Disquetes;

1.11. Dispositivos de Backup (Tape ; Zip Drive; Jazz Drive; etc.)

1.12. dispositivos de leitura e gravação óptica (DVD; CD; etc.);

1.13. Teclado;

1.14. Rato;

1.15. Impressora;

1.16. Scanner;

1.17. Modem;

1.18. Memória;

1.19. Monitor;

1.20. Webcam;

1.21. Plotter.

2.     A Internet como a grande fonte de informação sobre equipamentos informáticos.

Computador portátil

Dispositivo móvel

Um dispositivo móvel, designado popularmente em inglês por handheld é um computador de bolso habitualmente equipado com um pequeno ecrã (output) e um teclado em miniatura (input). No caso dos PDAs, o output e o input combinam-se num ecrã táctil.

Laptop

Um computador portátil, leve, projetado para ser transportado e utilizado em diferentes lugares com facilidade. Geralmente, um laptop contém tela de lcd (cristal líquido), teclado, rato (geralmente um touchpad, área onde se desliza o dedo), unidade de disco rígido, portas para conectividade via rede local ou fax/modem, gravadores de CD/DVD. Os mais modernos não possuem mais a entrada para discos flexíveis (disquetes), e, havendo necessidade de utilizar um desses dispositivos, conecta-se um adaptador a uma das portas USB.

Notetaker

Notetaker quer dizer literalmente "tomador de notas", é geralmente um computador simples destinado a escrita, existem basicamente quatro categorias de notetakers.

Portable Word Processors (Processador de textos portáteis)

São basicamente compostos de um teclado padrão notebook (compacto) e um pequeno visor LCD que mostra simplesmente o texto a medida que ele é digitado, gravando-o automaticamente, o texto pode então ser transmitido para um computador para ser formatado ou impresso diretamente em uma impressora. 

 Braille Notetakers

Dispositivos de permitem o registo e posterior impressão dos dados em braille. Possuem geralmente um teclado padrão braille, e alguns um visor braille para conferência.

Handwriting Notetakers

Equipamento que reconhece e armazena os movimentos da mão, podendo salvar desenhos a mão livre, textos, rabiscos, etc., pode ser através de uma base fixa ou captando os movimentos geralmente de uma caneta especial.

Voice Notetakers

Pequenos gravadores de voz que quando conectados a um computador transformam o áudio em texto.

Netbook

 Netbook são uma categoria menor, mais leve e mais barata de laptops. Quando surgiram, ao final de 2007,os netbooks se apresentavam como versões menores, mais leves, baratas e otimizadas de notebooks. Os netbooks possuem telas e teclados menores, além de poder computacional reduzido quando comparado a um laptop. Ao longo de sua evolução, apresentaram variação de tamanho (diagonal de tela) entre 5 e 12 polegadas.

Algumas funcionalidades comuns aos notebooks foram omitidas, como o acionador de disco óptico. Até 2011, o crescimento da popularidade dos tablets (particularmente o iPad) - um formato diferente, no entanto com capacidades computacionais aperfeiçoadas e de menor custo de produção - resultou em quedas nas vendas dos netbooks.

PDA

Personal digital assistants - assistente pessoal digital,(PDAs , é um computador de dimensões reduzidas, dotado de grande capacidade computacional, cumprindo as funções de agenda e sistema informático de escritório elementar, com possibilidade de interconexão com um computador pessoal e uma rede informática sem fios  Wi-Fi — para acesso a e-mail e internet.

Os PDAs de hoje possuem grande quantidade de memória e diversos softwares para várias áreas de interesse.

Os modelos mais sofisticados possuem modem (para acesso à internet), câmera digital acoplada (para fotos e filmagens), tela colorida, rede sem fio embutida.

Os PDAs guardam das agendas eletrônicas somente as dimensões, pois sua utilidade e aplicabilidade estão se aproximando cada vez mais rapidamente dos computadores de mesa.

 Pocket PC

Pocket PC, de acordo com a Microsoft, é um dispositivo de mão que possibilita aos seus usuários armazenar e receber e-mails, contatos, compromissos, tarefas, tocar arquivos multimídia, jogos, trocar mensagens de texto (IM), navegar na internet e muito mais.

O Pocket PC roda uma variante do sistema operativo Windows CE. Tem muitas das capacidades dos PCs portáteis contemporâneos, e estão actualmente disponíveis milhares de aplicações para Pocket PC, muitas das quais gratuitas. Alguns destes dispositivos, equipados com o Microsoft Windows Mobile Phone Edition, também podem funcionar como telefone celular. Os Pocket PCs podem ainda ser usados com muitos outros dispositivos, como receptores de GPS ou leitores de código de barras.

Caixa

Uma caixa de computador, também conhecido como case, caixa, chassis, carcaça ou torre, é o compartimento que contém a maioria dos componentes de um computador (normalmente, excluindo o monitor, teclado e mouse). Uma caixa de computador, às vezes, é referido como CPU, referindo-se a um componente situado dentro da caixa. CPU era um termo comum nos primeiros computadores domésticos, quando outros periféricos da placa-mãe normalmente eram alojados nas suas próprios caixas separados.

Caixa, geralmente, são construídos em aço muitas vezes — aço laminado a frio, ou alumínio, plásticos, por vezes, utilizado, e outros materiais.

Fonte de alimentação

Uma fonte de alimentação é um equipamento usado para alimentar cargas elétricas. Cada dispositivo electrotécnico necessita de uma fonte para prover energia para seus componentes. Esta energia pode variar de acordo com a carga que este equipamento usa. Estas fontes de energia podem ser de corrente contínua como um conversor AC/DC ou um regulador de tensão, pode ser um Regulador linear, fonte de energia AC, Fonte de alimentação ininterrupta ou fonte de energia de alta tensão.

Processador

Os processadores, atuam como o cérebro de um computador. Eles são chips de silício responsáveis pela execução dos processos computacionais e são dotados de capacidade de cálculo em alta velocidade.

Um computador é dividido basicamente entre os dispositivos, a memória RAM e o próprio processador. Os dispositivos podem ser os discos de memória, o teclado, mouse, monitor e impressora, por exemplo.

A memória RAM é uma unidade de memória destinada ao armazenamento temporário de dados. Sendo assim, sua função é apoiar o funcionamento do processador de computador. A abertura de vários programas ao mesmo tempo, por exemplo, depende da quantidade de memória RAM. Com isso, um computador 8GB terá melhor desempenho do que um computador 2GB, por exemplo.

O processador de computador atua justamente nesta ligação, entre as instruções recebidas por meio dos dispositivos, armazenadas na memória RAM, e enviadas novamente a um dispositivo de saída, como ao monitor, a impressora, ou a caixas de som, por exemplo.

A velocidade de um processador de computador costuma ser medida pela sua frequência de processamento, que é velocidade medida em hertz, indicando a quantidade de processamentos por segundo que o processador é capaz de realizar. Por exemplo, um processador de 2,4 GHz (gigahertz), possui cerca de 2.400 MHz (megahertz), ou seja, ele é capaz de processar cerca de 2.400.000 operações por segundo.

Cooler

Cooler (em inglês: refrigerador) é um sistema de arrefecimento usado em diversos tipos de hardwares eletrônicos com o objetivo de evitar a sobre-carga de calor que estes componentes geram. Microprocessadores de placas de computadores, por exemplo, realizam milhões de cálculos por segundo e o seu funcionamento só é possível com um sistema de cooler adaptado ao componente.

Motherboard

A placa mãe (do inglês: mainboard ou motherboard) é a parte do computador responsável por conectar e interligar todos os componentes do computador, ou seja, processador com memória RAM, disco rígido, placa gráfica, entre outros. Além de permitir o tráfego de informação, a placa também alimenta alguns periféricos com a energia eléctrica que recebe da fonte de alimentação.


Ex:

AT

AT é a sigla para Advanced Technology.Trata-se de um tipo de placa-mãe já antiga. Seu uso foi constante de 1983 até 1996. Um dos fatores que contribuíram para que o padrão AT deixasse de ser usado (e o ATX fosse criado), é o espaço interno reduzido, que com a instalação dos vários cabos do computador (flat cable, alimentação), dificultavam a circulação de ar, acarretando, em alguns casos danos permanentes à máquina devido ao super aquecimento. 

ATX

ATX é a sigla para "Advanced Technology Extended". Pelo nome, é possível notar que trata-se do padrão AT aperfeiçoado. Um dos principais desenvolvedores do ATX foi a Intel. O objetivo do ATX foi de solucionar os problemas do padrão AT (citados anteriormente), o padrão apresenta uma série de melhorias em relação ao anterior. Atualmente a maioria dos computadores novos vêm baseados neste padrão. Entre as principais características do ATX, estão:

• o maior espaço interno, proporcionando uma ventilação adequada,
• conectores de teclado e mouse no formato mini-DIN PS/2 (conectores menores)
• conectores serial e paralelo ligados diretamente na placa-mãe, sem a necessidade de cabos,
• melhor posicionamento do processador, evitando que o mesmo impeça a instalação de placas de

expansão por falta de espaço

BABY AT

Como o nome leva a deduzir,é uma versão de tamanho reduzido da placa-mãe padrão AT original. Essa redução foi possível com miniaturarão de muitos componentes internos.

BTX

É um formato de motherboards criado pela Intel e lançado em 2003 para substituir o formato ATX. O objetivo do BTX foi aperfeiçoar o desempenho do sistema e melhorar a ventilação interna. Atualmente, o desenvolvimento desse padrão está parado.

ITX

É um padrão de placa-mãe criado em Outubro de 2001 pela VIA Technologies.

Destinada a computadores altamente integrados e compactados, com a filosofia de oferecer não o computador mais rápido do mercado, mas sim o mais barato, já que na maioria das vezes as pessoas usam um computador para poder navegar na Internet e editar textos.

A intenção da placa ITX é ter tudo on-board, ou seja, vídeo, áudio, modem e rede integrados na placa-mãe.

Outra diferença dessa placa-mãe está em sua fonte de alimentação. Como possui menos periféricos, reduzindo assim o consumo de energia, sua fonte de alimentação pode ser fisicamente menor, possibilitando montar um computador mais compacto.

LPX

As placas padrão LPX possuem uma característica que as torna facilmente identificáveis: Possui uma placa "em pé" que se encaixa em uma conexão específica da placa principal. Nesta placa é encaixada as demais placas do computador. Formato de placas-mãe usado por alguns PCs "de marca" como por exemplo Compaq. Seu principal diferencial é não ter slots. Os slots estão localizados em uma placa a parte, também chamada "backplane", que é encaixada à placa-mãe através de um conector especial. Seu tamanho padrão é de 22 cm x 33 cm. Existe ainda um padrão menor, chamado Mini LPX, que mede 25,4 cm x 21,8 cm. Esse padrão foi criado para permitir PCs mais "finos", já que as placas de expansão em vez de ficarem perpendiculares à placa-mãe, como é o normal, ficam paralelas.

NLX

A placa-mãe NLX é muito recente e foi criada para microcomputadores que usam processadores Pentium III e 4. Este design agrupa os melhores recursos do ATX e do LPX.

Placa de video

Placa de vídeo, também chamada de placa gráfica ou aceleradora gráfica, é um componente de um computador que envia sinais deste para o ecrã, de forma que possam ser apresentadas imagens ao utilizador. Normalmente possui memória, com capacidade medida em catetos.

Os computadores de mais baratos, as placas de vídeo estão incorporadas na placa-mãe, não possuem memória dedicada, e por isso utilizam a memória viva do sistema, normalmente denomina-se memória (com)partilhada. Como a memória viva de sistema é geralmente mais lenta do que as utilizadas pelos fabricantes de placas de vídeo, e ainda dividem o barramento com o processador e outros periféricos para acessá-la, este método torna o sistema mais lento. Isso é notado especialmente quando se usam recursos tridimensionais ou de alta definição.

Placa de som

Placa de som é um dispositivo de hardware que envia e recebe sinais sonoros entre equipamentos de som e um computador executando um processo de conversão entre a forma digital e analógica para outros periféricos como fones de ouvido ou provendo interfaces para outros equipamentos digitais.

Podem ser internas acopladas ao barramento PCI ou externas ligadas ao computador por USB ou Firewire. Também há placas de som para gravação e edição profissionais.

Disco rigido

Disco Rígido ou Disco Duro, popularmente chamado também de HD (derivação de HDD do inglês hard disk drive) ou winchester(termo em desuso), "memória de massa" ou ainda de "memória Secundária" é a parte do computador onde são armazenados os dados. O disco rígido é uma memória não-volátil, ou seja, as informações não são perdidas quando o computador é desligado, sendo considerado o principal meio de armazenamento de dados em massa. Por ser uma memória não-volátil, é um sistema necessário para se ter um meio de executar novamente programas e carregar arquivos contendo os dados inseridos anteriormente quando ligamos o computador. Nos sistemas operativos mais recentes, ele é também utilizado para expandir a memória RAM, através da gestão de memória virtual.