montagem de
computadores
montagem de
computadores
DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA - DIRET
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor de Educação e Tecnologia
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Conselho Nacional
Robson Braga de Andrade Presidente
SENAI – Departamento Nacional
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor-Geral
Gustavo Leal Sales Filho Diretor de Operações
SENAI
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
Sede
Setor Bancário Norte • Quadra 1 • Bloco C • Edifício Roberto Simonsen • 70040-903 • Brasília – DF • Tel.: (0xx61) 3317-9001 Fax: (0xx61) 3317-9190 • http://www.senai.br
nico, fotocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI.
Esta publicação foi elaborada pela equipe do Núcleo de Educação a Distância do SENAI de Goiás, com a coordenação do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância.
SENAI Departamento Nacional
Unidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP
SENAI Departamento Regional de Goiás
Figura 3 − Ilustração da estrutura do IAS ...29
Figura 4 − Arquitetura de Harvard ...31
Figura 5 − Memória ...32
Figura 6 − Processador CPU ...33
Figura 7 − Precursores da CPU moderna: anos 1940, 1950 e 1960 ...35
Figura 8 − EDVAC instalado no Laboratório de Pesquisas Balísticas dos EUA ...36
Figura 9 − Primeiro processador da Intel (4004) ...36
Figura 10 − Primeiro processador da família x86 (8086) ...36
Figura 11 − Processadores atuais encontrados no mercado (INTEL – Core i7 e AMD Phenom II x6) ..37
Figura 12 − Estrutura interna de um processador ...38
Figura 13 − Sequência de instruções de processador ...41
Figura 14 − Imagens de Dual-Core: processador Core 2 Duo e Athlon X2 ...43
Figura 15 − Gerenciador de dispositivos do Microsoft Windows ...44
Figura 16 − Processador i7 – Intel e Processador Phenon 2 – X6 ...44
Figura 17 − Memórias RAM e ROM ...45
Figura 18 − Memória RAM ...46
Figura 19 − Exemplos de memória secundária ...47
Figura 20 − Arquitetura de um computador e os elementos de apoio – I/O ...48
Figura 21 − Organização típica de uma interface de E/S ...50
Figura 22 − Esquema de execução da interrupção ...52
Figura 23 − Sede da Intel ...53
Figura 24 − Sede da AMD ...53
Figura 25 − Processador da Intel: Core i7 ...56
Figura 26 − Processadores da família Phenom da AMD ...56
Figura 27 − Conector de fonte ATX ...60
Figura 28 − BIOS ...62
Figura 29 − Principais conexões existentes na maioria das placas-mãe ...64
Figura 30 − Exemplo de memória ...65
Figura 31 − Memória Dual Channel ...67
Figura 32 − Memórias EDO e FPM ...69
Figura 33 − Memórias SDRAM ...69
Figura 34 − Memória Rambus ...70
Figura 35 − Memória DDR ...70
Figura 36 − Memória DDR2 ...71
Figura 37 − Memória DDR3 ...72
Figura 38 − Localização do “chanfro” ...72
Figura 45 − Barramento EISA ...82
Figura 46 − Slot PCI ...83
Figura 47 − Placa para slot PCI ...84
Figura 48 − Barramento PCI inicial ...85
Figura 49 − Barramento PCI-X ...86
Figura 50 − Barramento AGP ...88
Figura 51 − Slot de conexão PCI-Express ...90
Figura 52 − Primeiros padrões de barramento criados para notebook ...91
Figura 53 − MiniPCI e MiniPCI Express ...92
Figura 54 − Modelos de barramentos arrojados para notebooks ...92
Figura 55 − Transporte do primeiro HD ...94
Figura 56 − Disco rígido ...95
Figura 57 − SCSI (Small Computer System Interface) ...96
Figura 58 − HD ULTRA SCSI ...97
Figura 59 − Disco rígido IDE ...98
Figura 60 − Sistema ATA ...98
Figura 61 − Exemplo de HD de notebook ...99
Figura 62 − Padrão serial ATA ...100
Figura 63 − Cabo padrão SATA ...100
Figura 64 − Dispositivos de armazenamento para notebook ...101
Figura 65 − HD SSD ...103
Figura 66 − Disquete ...104
Figura 67 − Modelos de pen drive ...105
Figura 68 − Disco de armazenamento óptico (CD) ...106
Figura 69 − CD-RW ...107
Figura 70 − DVD-RW ...107
Figura 71 − Blu-ray ...108
Figura 72 − Fita magnética ...109
Figura 73 − Fita DDS ...110
Figura 74 − Fita DLT ...111
Figura 75 − Modelo LTO ...112
Figura 76 − Parte frontal da fonte do PC ...113
Figura 77 − Fonte Padrão AT ...115
Figura 78 − Padrão ATX ...116
Figura 79 − Padrão ATX 2.1 ...116
Figura 80 − Padrão BTX ...117
Figura 87 − Fonte de notebook ...121
Figura 88 − Fonte redundante 1 ...123
Figura 89 − Fonte redundante 2 ...123
Figura 90 − Conectores de 9 e 25 pinos ...126
Figura 91 − Conectores em paralelo DB25 de 25 pinos ...126
Figura 92 − Conectores PS/S ...127
Figura 93 − Firewire ...127
Figura 94 − Conectores e cabos firewire ...128
Figura 95 − Conector firewire ...128
Figura 96 − Servidor ...133
Figura 97 − Exemplo de servidor ...134
Figura 98 − Processador CORE com vários núcleos ...135
Figura 99 − Esquema de divisão de processadores com suas memórias cache...136
Figura 100 − Pente de memória ...136
Figura 101 − Tecnologia RAID ...137
Figura 102 − RAID Stripping ...139
Figura 103 − Figura 103 – RAID Nível 1 ...140
Figura 104 − RAID nível 10 ...140
Figura 105 − Montagem de computador ...146
Figura 106 − Teclado ...147
Figura 107 − Disco rígido ...147
Figura 108 − Unidade de CD/DVD ...147
Figura 109 − Fonte de alimentação ...148
Figura 110 − Placa de modem ...148
Figura 111 − IBM-PC ...149
Figura 112 − Processadores Intel e AMD ...151
Figura 113 − Processadores de aparelhos portáteis ...152
Figura 114 − Processador AMD Fusion ...153
Figura 115 − Processador Intel ...155
Figura 116 − Processador AMD ...155
Figura 117 − Placa-mãe básica ECS G31T-M9 da Intel ...156
Figura 118 − Placa-mãe intermediária ASUS M3A78...157
Figura 119 − Placa-mãe de alto desempenho ASUS P6T De Luxe V2 ...157
Figura 120 − Fabricantes de placas de vídeo ...161
Figura 121 − Discos de Blu-ray ...165
Figura 122 − Caneta para monitores CRT ...165
Figura 129 − Gabinete com poucas baias e gabinete com muitas baias ...173
Figura 130 − Cooler ...174
Figura 131 − Notebooks ...174
Figura 132 − Netbook ...175
Figura 133 − Tablet (iPad) ...176
Figura 134 − Memória ...177
Figura 135 − Memória instalada em um notebook ...177
Figura 136 − HD ...177
Figura 137 − HD instalado em um notebook ...178
Figura 138 − Processador de notebook ...178
Figura 139 − Processadores ARM ...180
Figura 140 − Sinais de aviso ...182
Figura 141 − Conectores ...182
Figura 142 − Conectores de energia ...183
Figura 143 − Arco voltaico ...184
Figura 144 − Conectores USB ...184
Figura 145 − Bateria de Níquel Cádmio (Ni Cad) ...185
Figura 146 − Bateria de Níquel Metal Hydride (NiMH) ...186
Figura 147 − Lítio Ion (Li-Ion) ...186
Figura 148 − Cuidados com o computador ...190
Figura 149 − Pulseira antiestática ...190
Figura 150 − Descarregando a carga eletroestática ...191
Figura 151 − Maneiras corretas e erradas de segurar os componentes de computador ...192
Figura 152 − Modelos de chaves e parafusos ...194
Figura 153 − Alicate ...194
Figura 154 − Tipos de pinça ...195
Figura 155 − Rebitadeira ...195
Figura 156 − Rebite ...196
Figura 157 − Modelos de chaves teste ...197
Figura 158 − Gabinete com acúmulo de poeira ...197
Figura 159 − Compressor de ar e aspirador de pó ...198
Figura 160 − Álcool isopropílico ...199
Figura 161 − Pincéis ...199
Figura 162 − Detergente multiuso ...200
Figura 163 − Borracha branca ...200
Figura 164 − Furadeira/parafusadeira ...201
Figura 171 − Bancada de madeira individual ...208
Figura 172 − Bancada de dois andares com proteção de borracha ...208
Figura 173 − Mesa convencional – exemplo 1...208
Figura 174 − Mesa convencional – exemplo 2...209
Figura 175 − Cadeiras ergonômicas com regulagem ...209
Figura 176 − Mesa para pequenas manutenções e para guardar ferramentas ...210
Figura 177 − Kits para guardar pequenas ferramentas de manutenção...210
Figura 178 − Tomada comum ...210
Figura 179 − Adaptador para tomadas ...211
Figura 180 − Tomada padrão 2P+T ...212
Figura 181 − Tomadas padrão 2P+T atuais ...212
Figura 182 − Filtro de linha ...213
Figura 183 − Outros modelos de filtros de linha ...213
Figura 184 − Estabilizador de voltagem ...214
Figura 185 − NO-BREAK ...214
Figura 186 − Esquema de como funciona o aterramento ...215
Figura 187 − Haste de aterramento ...216
Figura 188 − Esquema de utilização do quadro de disjuntores como terra ...216
Figura 189 − Troca de peças ...222
Figura 190 − Diagnóstico do problema ...223
Figura 191 − Entulho de material de computador ...224
Figura 192 − Cabo FLAT e unidade de disquete ...232
Figura 193 − Disco rígido PATA/IDE e cabo FLAT ...232
Figura 194 − Cabo SATA; cabo de força SATA e disco rígido SATA ...233
Figura 195 − Esquema de conexão de vários periféricos SCSI em uma controladora SCSI ...234
Figura 196 − Placa controladora SCSI e placa-mãe com SCSI integrada ...235
Figura 197 − Conexão USB ...238
Figura 198 − Cabo E-SATA – Utilizado para conexões externas ...239
Figura 199 − Cabo SATA convencional – 40 cm ou 50 cm ...239
Figura 200 − Cabo HDMI padrão – 1 metro ...240
Figura 201 − Cabo HDMI padrão – 3 metros ...240
Figura 202 − Cabo RGB padrão – 1 ou 2 metros ...241
Figura 203 − Cabo RGB padrão – 10 metros ...241
Figura 204 − Aparelho para limpeza de cabos ...242
Figura 205 − Manipulação de cabos ...243
Figura 206 − Dissipadores de calor ...246
Figura 213 − Processador xPGA – Pinado ...249
Figura 214 − Processador LGA – não pinado ...249
Figura 215 − Aplicando a pasta térmica ...250
Figura 216 − 1º Passo – Dissipador de calor com ventilador e clipe ...250
Figura 217 − 2º Passo – Alinhe o dissipador de calor com o clipe ...251
Figura 218 − 3º Passo – Pressione os clipes para fixá-lo ao dissipador ...251
Figura 219 − 4º Passo – Feche as alavancas do clipe, porém faça isto com uma alavanca de cada vez ...251
Figura 220 − 5º Passo – Feche a alavanca do clipe (1), ao mesmo tempo que segura a face superior do dissipador de calor (A) ...252
Figura 221 − 6º Passo – Feche a alavanca do clipe (2), ao mesmo tempo que segura a face superior do dissipador de calor com ventilador (B) ...252
Figura 222 − 7º Passo – Ligue o cabo de energia do ventilador à placa-mãe (para este procedimen-to, consulte o manual da placa-mãe para averiguar o local correto de encaixe) ...252
Figura 223 − Substituindo o espelho do gabinete pelo da placa mãe ...253
Figura 224 − Montando a placa-mãe ...254
Figura 225 − Bucha de latão ...254
Figura 226 − Chave canhão ...254
Figura 227 − Parafuso na placa-mãe ...254
Figura 228 − Visão lateral − externa ...255
Figura 229 − Processo de parafusar a placa e placa parafusada ...255
Figura 230 − Retirando a bateria do notebook ...256
Figura 231 − Retirando a tampa do notebook ...256
Figura 232 − Dissipador de calor ...257
Figura 233 − Processador de notebook ...257
Figura 234 − Colocando o novo processador ...257
Figura 235 − Aplicando a pasta térmica ...258
Figura 236 − Recolocando os parafusos nos locais corretos ...258
Figura 237 − Maneira correta de segurar a memória ...259
Figura 238 − Slot para encaixe da memória na placa-mãe ...260
Figura 239 − Procedimento para encaixar a memória ...260
Figura 240 − Encaixe da memória na placa-mãe ...260
Figura 241 − Alça plástica de fixação ...261
Figura 242 − Informações sobre o painel de configuração do disco rígido ...262
Figura 243 − Posição dos jumpers no disco rígido ...263
Figura 244 − Fixando o disco rígido ...263
Figura 245 − Disco rígido IDE e disco rígido SATA ...264
Figura 252 − Controladora da placa-mãe ...266
Figura 253 − Disco rígido SCSI SCA e conexão traseira ...266
Figura 254 − Cabos SCSI ...266
Figura 255 − Controlador SCSI ...267
Figura 256 − Disco SSD ...268
Figura 257 − Gabinete apropriado para disco SSD ...269
Figura 258 − Preparação do gabinete para instalação do disco SSD ...269
Figura 259 − Suporte para disco SSD ...269
Figura 260 − Cabo de dados e energia padrão SATA...270
Figura 261 − Kit para instalação de um disco SSD ...270
Figura 262 − Conexão SATA e conexão IDE...271
Figura 263 − Encaixando a unidade óptica ...271
Figura 264 − Unidade óptica fixada no gabinete ...271
Figura 265 − Plugues dos cabos de energia IDE e SATA ...272
Figura 266 − Cabos de dados IDE e SATA ...272
Figura 267 − Instalando os cabos na placa-mãe – IDE ...272
Figura 268 − Instalando os cabos na placa-mãe – SATA ...273
Figura 269 − Conectando os cabos na unidade óptica ...273
Figura 270 − Interface SATA ...273
Figura 271 − Gabinete com a tampa lateral aberta ...274
Figura 272 − Retirando tampas ...275
Figura 273 − Conectando a placa de expansão ...275
Figura 274 − Parafusando o suporte da placa na estrutura do gabinete...276
Figura 275 − Conectores frontais ...277
Figura 276 − Manual da placa ...278
Figura 277 − Conjunto de fios USB (2 grupos) ...278
Figura 278 − Padrão direto (9 pinos) ...278
Figura 279 − Padrão invertido (10 pinos) ...279
Figura 280 − USB conectados ...279
Figura 281 − Saídas de áudio e entrada para microfones frontais ...279
Figura 282 − Conectores frontais ...280
Figura 283 − Local para a instalação dos conectores na placa-mãe ...280
Figura 284 − Esquema dos pinos para instalação dos conectores ...281
Figura 285 − Fontes de alimentação ...282
Figura 286 − Conectores de alimentação elétrica para placa-mãe (modelo com 20 e 24 pinos) ...282
Figura 287 − Conectores de alimentação de drivers (disquete, disco rígido, CD/DVD padrão PATA) ...283
Figura 293 − Conector ATX 12V (fonte de energia) ...285
Figura 294 − Visão traseira do gabinete ...286
Figura 295 − Placa modelo D2500CC ...286
Figura 296 − Placa modelo D2700MUD ...287
Figura 297 − Placa modelo DQ67SW ...287
Figura 298 − Placa modelo DH61AG ...288
Figura 299 − Placa modelo DX58SO2 (modelo recente da Intel) ...288
Figura 300 − Placa modelo D845PEBT2 (modelo recente da Intel) ...288
Figura 301 − Tela inicial do PC – exemplo 1 ...290
Figura 302 − Tela inicial do PC – exemplo 2 ...291
Figura 303 − Tela de setup ...291
Figura 304 − Tela inicial do PC ...292
Figura 305 − Gerenciamento de dispositivos do Windows ...293
Figura 306 − Power Switch conectado de forma errada ...295
Figura 307 − Cabos mal conectados ...295
Figura 308 − Cabo FLAT invertido. ...296
Figura 309 − Clear CMOS ...296
Figura 310 − Erro na ligação do CPU_FAN. ...297
Figura 311 − Placa de vídeo mal encaixada ...297
Figura 312 − Bateria desabilitada ou fraca ...298
Figura 313 − Memórias mal encaixadas ...298
Figura 314 − Jumper 2 pinos; jumper 3 pinos; bloco de jumpers ...301
Figura 315 − Strap; jampeamento ...301
Figura 316 − Placa-mãe jumperless ...303
Figura 317 − Placa-mãe que possui a necessidade de Jumpers ...303
Figura 318 − Utilizando pinças antiestáticas para mexer nos jumpers ...304
Figura 319 − HDD ...304
Figura 320 − CD/DVD ...304
Figura 321 − Placa-mãe − Clear CMOS ...305
Figura 322 − Jumpers na placa-mãe ...305
Figura 323 − Estrutura da rede ...312
Figura 324 − Placa-mãe com vários processadores ...313
Figura 325 − Processador AMD 12 núcleos...313
Figura 326 − Processador Intel de 8 núcleos ...313
Figura 327 − Placa-mãe S3420GPLC ...314
Figura 328 − Processador Intel Xeon 8 núcleos...314
Figura 329 − Memória ECC e Registrada ...315
Figura 336 − Escolhendo o nível de RAID ...319
Figura 337 − Selecionando os discos ...320
Figura 338 − Habilitando função Strip size ...320
Figura 339 − Habilitando função Capacity ...320
Figura 340 − Confirmando os volumes (discos) RAID ...321
Figura 341 − Gabinete comum tipo torre para servidores ...322
Figura 342 − Gabinete denominado 2U (gabinete apropriado para rack com duas baias) ...322
Figura 343 − Gabinete 3U (rack com 3 baias) ...323
Figura 344 − Gabinete 4U (rack com 4 baias) ...323
Figura 345 − Rack apropriado para gabinetes tipo U (até 16 gabinetes tipo U); (até 44 gabinetes tipo U) ...324
Figura 346 − Exemplos do rack com gabinetes montados ...324
Figura 347 − Fonte para gabinete 1U e fonte para gabinete 2U ...325
Figura 348 − Fonte redundante para gabinete 3U (rack) e fonte para gabinetes 4U ...326
Figura 349 − Fonte minirredundante ...326
Figura 350 − 3 sistemas de alimentação ...326
Figura 351 − Fonte para chassi Intel ...327
Figura 352 − Placa-mãe Intel (S3420GP) ...328
Figura 353 − Adaptador de rede DELL PRO/1000 PT ...329
Figura 354 − Adaptador de rede Broadcom NetXtreme II 5722 ...329
Figura 355 − Placa de alto desempenho modelo da Intel ...330
Figura 356 − Projeto Beowulf ...332
Figura 357 − Montando computador ...334
Figura 358 − Exemplo de barebone ...340
Figura 359 − Gabinete 3U ...343
Figura 360 − Placa-mãe modelo S2600GL ...344
Figura 361 − Processador Intel ...344
Figura 362 − Placa de rede ...345
Quadro 1 − Habilitação Profissional Técnica em Manutenção e Suporte em Informática ...23
Quadro 2 − Principais produtos AMD x Intel ...54
Quadro 3 − Modelos de placa-mãe ...59
Quadro 4 − Exemplos de memórias Flash Rom ...66
Quadro 5 − Evolução do barramento PCI-X versões 1.0 e 2.0 ...86
Quadro 6 − Processo evolutivo dos slots AGP e velocidade de transferência de dados ...88
Quadro 7 − Relação dos conectores disponíveis entre os modelos de fonte ...117
Quadro 8 − Diferentes tipos e aplicações para se ligarem discos em RAID ...141
Quadro 14 − Outros periféricos ...219
Quadro 15 − Tipos de componentes internos e externos que fazem parte da arquitetura de um computador ...229
Quadro 16 − Terminadores externos...235
Quadro 17 − Modelos de cabos mais comuns ...237
Quadro 18 − Exemplo de um checklist para manutenção geral do PC. ...307
Quadro 19 − Exemplo de um checklist para manutenção preventiva (VASCONCELOS, 2007) ...309
Quadro 20 − Checklist abaixo (VASCONCELOS, 2007) ...310
Quadro 21 − Checklist do item de operação umidade, poeira e fumaça. ...311
Quadro 22 − Diferenças entre SAS e SATA ...316
Quadro 23 − Tipos comuns de mídias de armazenamento (VASCONCELOS, 2007) ...331
Quadro 23 − Exemplo de plano de manutenção ...351
Quadro 24 − Plano de manutenção preenchido ...351
2 Arquitetura de Computadores ...25
2.1 Conceito de arquitetura de Von Neumann ...26
2.1.1 Introdução à arquitetura de computadores ...26
2.1.2 Conceito de arquitetura de John Von Neumann ...28
2.1.3 Classificação de arquiteturas – modelo de VN e modelo não VN ...30
2.1.4 Arquitetura de Von Neumann – elementos componentes e máquinas atuais ..32
2.2 Processadores e organização ...35
2.2.1 O processador – função e histórico ...35
2.2.2 O processador – organização interna ...37
2.2.3 O processador – conjunto de instruções ...40
2.2.4 O processador – multithread, multicore, multiprocessamento ...42
2.2.5 Elementos de apoio – memória principal e memória secundária ...45
2.2.6 Conexão com elementos de apoio – barramento de endereços, dados e controle ...47
2.2.7 Tratamento de periféricos – interrupção ...51
2.2.8 Processadores no mercado – AMD e Intel ...52
2.2.9 O processador – suporte a virtualização e identificação ...57
2.3 Placa-mãe ...58
2.3.1 Características da placa-mãe ...58
2.3.2 BIOS e UEFI ...61
2.3.3 Principais periféricos integrados ...63
2.4 Memória ...65
2.4.1 Memórias – histórico e características ...65
2.4.2 Tipos comuns de memória ...68
2.4.3 Tipos de memória comuns em notebooks ... 73
2.4.4 Memória não volátil ...74
2.5 Barramentos e placas de expansão ...76
2.5.1 Plataforma pc e placas de expansão ...76
2.5.2 Características de barramento de expansão ...77
2.5.3 Barramento ISA ...79
2.5.4 Barramentos MCA e EISA...81
2.5.5 Barramentos PCI ...83
2.5.6 Barramento PCI e suas variantes ...84
2.5.7 Barramento AGP e variantes ...87
2.5.8 Barramento PCI-express ...89
2.5.9 Barramentos de expansão em notebook ...90
2.6 Armazenamento secundário ...93
2.6.1 Histórico de mídias de armazenamento ...93
2.6.8 Armazenamento de estado sólido – pen drive ...104
2.6.9 Armazenamento óptico ...106
2.6.10 Armazenamento óptico – CD, DVD e Blu-ray ...107
2.6.11 Armazenamento em fitas ...109
2.6.12 Armazenamento em fitas – tipos ...110
2.7 Fontes ...112
2.7.1 Características de fonte de alimentação ...112
2.7.2 Tipos de fontes e conectores ...114
2.7.3 Conversão entre fontes ...119
2.7.4 Fontes para notebooks ...121
2.7.5 Fontes redundantes ...122
2.8 Periféricos e outras tecnologias vigentes ...124
2.8.1 Periférico, controladora de comunicação e interface de comunicação ...124
2.8.2 Principais interfaces: serial, paralela, psaux e fireware ...125
2.8.3 Principais interfaces: USB ...128
2.8.4 Organização de I/O na arquitetura X86 ...130
2.8.5 DMA na arquitetura X86 ...132
2.9 Servidores ...133
2.9.1 Características de um servidor ...133
2.9.2 Multiprocessadores ...135
2.9.3 Memória ECC, registrada ...136
2.9.4 Armazenamento RAID – conceitos ...137
2.9.5 Armazenamento RAID – tipos ...139
2.9.6 Armazenamento RAID – controladoras e on-board ...141
3 Montagem de Computadores...145
3.1 Introdução ...146
3.1.1 Montagem de computadores ...146
3.1.2 Características do IBM-PC e variantes...149
3.2 PCs ...150
3.2.1 Variantes de processadores para IBM-PC ...150
3.2.2 Escolhendo o processador...153
3.2.3 Escolhendo a placa-mãe ...156
3.2.4 Escolhendo a memória ...158
3.2.5 Escolhendo o subsistema de armazenamento ...159
3.2.5 Escolhendo o subsistema de armazenamento ...161
3.2.6 Escolhendo a placa de vídeo ...162
3.2.7 Escolhendo os periféricos de entrada ...163
3.3.2 Possibilidades de expansão ...178
3.3.3 Escolhendo a plataforma do notebook ...180
3.3.4 Escolhendo tela, armazenamento ...182
3.3.5 Cuidados com conexão de periféricos externos...183
3.3.6 A questão da bateria ...186
3.4 Utilização de ferramentas...188
3.4.1 Empregando EPI em ambiente de montagem ...188
3.4.2 Empregando ESD no ambiente de montagem ...190
3.4.3 Utilização das ferramentas manuais na montagem ...194
3.4.4 Utilização das ferramentas de limpeza na montagem ...198
3.4.5 Utilização de ferramentas elétricas na montagem ...202
3.4.6 Organização interna de cabos e fixação ...204
3.5 Ambientes de montagem ...207
3.5.1 Cuidados ao dimensionar um ambiente de montagem ...207
3.5.2 Especificando o mobiliário para o ambiente de montagem...208
3.5.3 Especificando a instalação elétrica para o ambiente de montagem ...211
3.5.4 Especificando o aterramento para o ambiente de montagem ...216
3.5.5 Periféricos necessários para o ambiente de montagem ...218
3.5.6 Ambiente para burning test ...221
3.5.7 Análise de problemas comuns em ambientes de montagem de computadores ...222
3.6 Roteiro de montagem ...225
3.6.1 Estabelecendo roteiro para montagem – cuidados básicos! ...225
3.6.2 Estabelecendo roteiro para montagem ...226
3.7 Cabos e conexões ...229
3.7.1 Tipos de cabos e suas características ...229
3.7.2 Cabos internos – SATA e PATA...232
3.7.3 Cabos SCSI e variantes ...235
3.7.4 Cabos externos e tamanhos máximos ...237
3.7.5 Cuidados na manipulação de cabos ...242
3.8 Instalação ...244
3.8.1 Cuidados na pré-instalação ...244
3.8.2 Instalando processadores – cuidados e prática ...246
3.8.3 Instalando a placa-mãe – cuidados e prática...253
3.8.4 Instalando processadores em notebooks – cuidados e prática ...255
3.8.5 Instalando memórias – cuidados e prática ...258
3.8.6 Instalando discos rígidos – cuidados e prática...261
3.8.7 Instalando discos SSD – cuidados e prática ...267
3.8.14 Diagnosticando e tratando falhas de montagem ...294 3.8.15 Procedimentos para fechamento do produto e aceite ...299 3.9 Configuração de jumpers ...300 3.9.1 O que são jumpers e a sua utilidade ...300 3.9.2 Cuidados e práticas no uso de jumpers ...302 3.9.3 Reset de CMOS ...305 3.10 Checklist ...306 3.10.1 Cuidados na elaboração de um checklist ...306 3.10.2 Elaborando um checklist ...308 3.10.3 Testando um checklist ...309 3.11 Servidor ...311 3.11.1 Montando um servidor ...311 3.11.2 Selecionando placa-mãe, memória e processador ...312 3.11.3 Selecionando discos e RAID ...315 3.11.4 Selecionando o gabinete ...321 3.11.5 Selecionando fontes e fontes redundantes ...325 3.11.6 Selecionando a interface de rede ...327 3.11.7 Selecionando o mecanismo de backup ...330 3.11.8 Mecanismos de alto desempenho e alta disponibilidade ...332 3.12 Estudo de caso ...334 3.12.1 Montando um desktop para empresa ...334 3.12.2 Montando um desktop para residência ...337 3.12.3 Montando um notebook ...339 3.12.4 Montando um servidor ...342 4 Planejamento de Manutenção ...347 4.1 Necessidade de planejamento ...348 4.2 Tipos de manutenção ...348 4.3 Plano de manutenção ...350 4.4 Planejamento de contingência ...352 4.5 Gerenciamento de mudanças ...353 4.6 Gerenciamento de incidentes ...355 4.7 Gerenciamento de problemas ...356 4.8 Gerenciamento de atualização de software...357 4.9 Gerenciamento de atualização de hardware ...359 4.10 Estudo de caso...360
1
Caro aluno, um profissional da área da informática deve, além de ser capaz de realizar ma-nutenções corretivas e preventivas, ter conhecimento sobre a arquitetura e montagem dos computadores.Pensando nisso, nesta unidade curricular você conhecerá os componentes da arquitetura dos computadores, compreenderá como ocorre a montagem e a real necessidade de um pla-nejamento adequado de manutenção para os computadores.
A seguir, são descritos na matriz curricular os módulos e as unidades curriculares do curso, assim como suas cargas horárias.
Quadro 1 - Habilitação Profissional Técnica em Manutenção e Suporte em Informática
Módulos unidades CurriCulares Carga Horária Carga Horária Módulo
Básico
• Fundamentos para Documentação Técnica 140h
320h • Eletroeletrônica Aplicada 120h
• Terminologia de Hardware, Software e Redes 60h
Específico I
• Arquitetura e Montagem de Computadores 160h
880h • Instalação e Manutenção de Computadores 250h
• Instalação e Configuração de Rede 160h
• Segurança de Dados 50h
• Sistemas Operacionais 120h • Gerenciamento de Serviços de TI 80h • Tendências e Demandas Tecnológicas em TI 60h
2
A forma como diversos componentes de um computador são organizados define aquilo que é conhecido por arquitetura de computador e determina aspectos relacionados à qualidade, ao desempenho e à aplicação para a qual o computador vai ser orientado. A CPU adotada, a capacidade de memória, a capacidade do disco rígido, a existência de memória cache e outros menos conhecidos fazem parte dos componentes desta arquitetura.Estudar as características destes componentes de maneira isolada ou em conjunto são ex-tremamente necessárias e fundamentais para que o computador como um todo venha a nos oferecer as facilidades de que tanto buscamos e necessitamos no dia a dia. Este conhecimen-to otimizará tempo e planejamenconhecimen-to, permitindo especificar computadores com melhor cusconhecimen-to- custo--benefício ou de alto desempenho, permitindo aproveitar mais o seu dia de trabalho, como por exemplo, ter pleno domínio durante a montagem de hardwares e instalação de softwares que irão ajudar nas tarefas do seu local de trabalho ou em casa durante uma atividade qualquer.
Ao final deste capítulo você será capaz de:
a) compreender o que é a arquitetura de neumann;
b) conhecer os componentes da arquitetura dos computadores; c) definir os processadores e sua organização;
d) conhecer a placa mãe, suas características, modelos e principais periféricos integrados; e) conhecer as características de memórias e seus tipos mais comuns;
f) definir barramentos e placas de expansão; g) conhecer armazenamento secundário; h) definir as características e tipos de fontes;
i) conhecer periféricos e outras tecnologias vigentes; j) compreender as características de um servidor.
2.1 CONCeiTO De ArQUiTeTUrA De VON NeUMANN
2.1.1 INTRODUÇÃO À ARQUITETURA DE COMPUTADORES
London Science Museum (2012)
Figura 1 − Máquina analítica de Babbage
Você já imaginou vivermos, nos dias atuais, sem a internet e os recursos tecno-lógicos que nos trazem conforto no dia a dia? Já pensou em um mundo sem com-putadores? Poderíamos afirmar que seria praticamente impossível, não é verdade?
Vários anos se passaram desde o surgimento dos computadores, e as tecno-logias continuam se renovando a passos largos. Hoje são milhares e milhares de empresas trabalhando com produtos tecnológicos voltados para a sociedade, seja para entretenimento, para fins profissionais ou para necessidades sociais. É fato que o computador está presente direta ou indiretamente na vida de todas as pessoas e se tornou fundamental para as ações do dia a dia. Com certeza, durante os próximos anos os sistemas ainda irão evoluir muito, propiciando cada vez mais conforto em diversos segmentos.
Por trás desse desenvolvimento profissional e social está a Arquitetura de Computadores. Em outras palavras, a Arquitetura de Computadores é que de-fine as características dos diversos componentes dos computadores e o modo como se organizadm. A estrutura e a organização desses componentes (como processadores, memórias, placas de vídeo, chips etc.) determinam sua qualidade e desempenho.
Estudar as características dos componentes do computador, de maneira isola-da ou em conjunto, é funisola-damental para que o computador seja capaz de desem-penhar as facilidades que a sociedade demanda no dia a dia. Esse conhecimento
otimiza tempo e planejamento do profissional de arquitetura, permitindo especi-ficar computadores de melhor custo-benefício ou de melhor desempenho.
A cada dia que passa, as empresas buscam mais profissionais ligados à área de TI (Tecnologia da Informação). É importante que estejam totalmente preparados e imersos em conhecimentos ligados às tecnologias, estruturas e organização de componentes que melhoram o desempenho e à qualidade do produto final, por-que isso eleva a competitividade das indústrias, aumentando seus lucros. Conse-quentemente, os profissionais crescem junto com elas.
É extremamente importante saber diferenciar Arquitetura e Organização de computadores. A arquitetura de Computadores está ligada a vários fatores, como o desenho da CPU (Unidade Central de Processamento), o conjunto de ins-truções técnicas de endereçamento de dados na memória, o próprio hardware, ou a acessos não uniformes à memória. A arquitetura também pode ser definida como um conjunto de atributos da máquina que um programador deve compre-ender para que consiga utilizar os recursos de forma adequada, desenvolvendo um programa específico para cada caso. Ou seja, compreender o que o programa irá fazer durante sua execução.
O termo organização de Computadores deve ser entendido como as unida-des operacionais e seus hardwares, que implementam as especificações de sua arquitetura. As evoluções e melhorias aplicadas aos hardwares vêm da evolução dos relés, válvulas, transistores e circuitos integrados que estiveram presentes nas evoluções dos PCs atuais. Atualmente estamos na era dos microprocessadores, utilizados nos computadores de hoje, que resultam da organização e melhoria desses componentes. As tecnologias que são empregadas para esse processo de melhoria dos componentes que são utilizados na estrutura dos computadores são características marcantes do processo de evolução e disponibilização da or-ganização de computadores (STALLINGS, 2003).
Você percebeu quanto é importante saber diferenciar Arquitetura de Com-putadores e Organização de ComCom-putadores? A Arquitetura se preocupa com o comportamento funcional de um sistema do ponto de vista do programador, e a Organização de Computadores trata da estrutura interna dos componentes, par-te que não é visível para o programador. Assim fica fácil perceber a importância dos níveis que agregam os sistemas e seus operadores e os cabos e fios que com-põem o hardware e fazem parte de uma estrutura que irá apoiar esses sistemas.
SAIBA
MAIS
Para saber mais sobre Arquitetura de Computadores, leia os capítulos 1 e 2 do livro: “Arquitetura e Organização de Com-putadores”, de William Stallings, 5. ed., São Paulo: Prentice Hall, 2003.
2.1.2 CONCEITO DE ARQUITETURA DE JOHN VON NEUMANN
LANL (2012)
Figura 2 − John Von Neumann
Sabemos que hoje os computadores são ferramentas importantíssimas que, além de liderarem boa parte dos processos diários de muitos segmentos do mun-do mun-do trabalho, ainda nos oferecem grande variedade de entretenimento. Isso tudo graças a John von Neumann, que desenvolveu um dos projetos mais impor-tantes da história da computação. Após alguns anos, seus projetos ainda contri-buem para avanços no mundo da informática.
Estudar a Arquitetura de Computadores é algo que pode ser fascinante, porém sempre exigiu dedicação, em função do seu alto grau de complexidade. Isso se deve ao fato de haver publicações de várias obras e idealizadores com pontos de vista diferentes. Entre eles, destacou-se o matemático John von neumann, que provocou mudanças históricas na evolução da Arquitetura de Computadores.
SAIBA
MAIS
John von Neumann nasceu em dezembro de 1903 na cidade de Budapeste, na Hungria. Você pode conhecer muito mais sobre Neumann acessando “A obra e o legado de John Von Neumann” através do link: <http://www.scielo.br/pdf/ea/ v10n26/v10n26a16.pdf>.
Mas o que Von Neumann fez a ponto de mudar a história e a evolução dos computadores? Considere que, antes de o primeiro computador ser criado, vários precedentes já eram utilizados pela humanidade. Podemos dizer, por exemplo, que tudo começou com o ábaco chinês, um instrumento utilizado para realizar cálculos matemáticos. Depois veio a máquina de diferenças, por volta de 1823, reconstruída por Charles Babbage. Blaise Pascal também contribuiu muito, inven-tando a primeira calculadora mecânica, conhecida como Pascalina.
A contribuição de John von Neumann aparece em 1946, a partir do eniaC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Ele é considerado o primeiro
computador para cálculos balísticos, construído nos Estados Unidos, sendo que nesse período começou-se a se trabalhar com os conceitos do matemático. Na-quela época, as operações de carregar e modificar tarefas de um programa no ENIAC eram extremamente tediosas, e isso poderia ser facilitado se um programa pudesse ser armazenado juntamente com os dados. Dessa forma, o computador poderia obter as instruções diretamente a partir da memória, e o programa no caso poderia ser modificado apenas atribuindo valores às posições da memória. Surgiu assim o conceito de programa armazenado, atribuído aos projetistas do ENIAC, principalmente porque John von Neumann liderava como consultor do projeto ENIAC. (STALLINGS, 2003).
Porém, já no ano seguinte, John von Neumann inicia o projeto de um novo computador, o IAS. Tratava-se basicamente de um computador de programa ar-mazenado que iria contar com um sistema de memória baseado em tubos
ico-noscópicos (desenvolvidos pela empresa RCA), semelhantes aos tubos de
televi-são. Este projeto também teve apoio do Exército e da Marinha norte-americanos. A partir de então, os documentos relacionados ao projeto de Von Neumann nortearam os embasamentos para a Arquitetura de Computadores de quase to-dos os projetos de computadores subsequentes daquela época, tanto no meio acadêmico como na indústria, originando então o termo arquitetura de Von
neumann. Mais tarde, grandes empresas como a IBM passaram a usar em seus
projetos de Arquitetura de Computadores os “ensinamentos” de Von Neumann, que são explorados e utilizados até os dias atuais.
Veja a figura ilustrativa da estrutura do IAS.
Thiago Rocha (2012)
Unidade Central de Processamento - CPU
Unidade Lógica Aritmética - ULA
Memória Entrada eSaída
(Periféricos)
Figura 3 − Ilustração da estrutura do IAS
A estrutura do IAS consiste em:
a) memória principal, que tem como função armazenar dados e programas; b) Unidade Lógica Aritmética (ULA) capaz de realizar operações com dados
binários;
c) unidade de controle, que interpreta e executa instruções armazenadas na memória
;
A estrutura criada a partir da proposta de Von Neumann teve grande impacto na evolução dos computadores até a atualidade. Com raras exceções, todos os computadores atuais possuem essas mesmas funções e estrutura geral e, assim, são conhecidos como máquinas de estrutura Von Neumann (STALLINGS, 2003).
Agora você já é capaz de reconhecer a arquitetura de Von Neumann e conhece um pouco sobre esse homem que contribuiu tanto para o mundo da computação e o desenvolvimento de muitas tecnologias atuais.
2.1.3 CLASSIFICAÇÃO DE ARQUITETURAS – MODELO DE VN E MODELO
NÃO VN
John von Neumann foi o responsável pelo projeto de arquitetura que conhe-cemos hoje como modelo Von Neumann. Esse modelo consiste basicamente no armazenamento de dados em memória para o processamento das informações.
A MÁQUINA DE VON NEUMANN
Von Neumann propôs que um programa poderia ser armazenado na memória do computador, da mesma forma que os dados. Até então, as instruções eram lidas em cartões perfurados, e apenas posteriormente eram executadas, uma a uma. A proposta de armazená-las na memória e depois executá-las tornaria o computador mais rápido, uma vez que as instruções seriam lidas eletronicamen-te. A estrutura proposta pela “máquina de Von Neumann” adotada no EDIVAC (projeto no qual participou com parceria de outras empresas) consiste em uma memória, ULA (Unidade Lógica Aritmética), CPU (Unidade Central de Processa-mento) e dispositivos de entrada e saída (periféricos).
O funcionamento da máquina de Von Neumann é relativamente simples. A execução de um programa é uma sequência de ciclos chamados de ciclos de má-quina de Von Neumann, em duas fases: busca e execução (RICARTE, 1999).
a) busca da instrução (fetch) – transfere instrução da posição de memória apontada por IP (ponteiro de instrução) para a CPU;
b) execução da instrução – a unidade de controle decodifica a instrução e gerencia os passos para sua execução pela ULA.
MÁQUINAS NÃO VON NEUMANN
De maneira simples, todos os modelos que não se enquadram na arquitetura e definição de máquinas de Von Neumann são denominadas máquinas não Von
neumann. Elas atingem uma ampla categoria, que inclui sistemas
computacio-nais como (RICARTE, 1999):
a) máquinas paralelas: várias unidades de processamento executando pro-gramas de forma cooperativa, com controle centralizado ou não;
b) máquinas de fluxo de dados: não executam instruções de um programa, mas realizam operações de acordo com a disponibilidade dos dados envol-vidos.
Bons exemplos de máquinas não Von Neumann seriam máquinas baseadas na arquitetura MiMd (várias instruções, dados múltiplos, múltiplos processadores operando em paralelo). Outros exemplos são computadores ópticos, computa-dores Quantum, processacomputa-dores Cell e redes neurais (RICARTE, 1999).
Outro modelo bastante difundido na época, e que ia contra as características iniciais do modelo de Von Neumann, foi a arquitetura de Harvard. Essa arqui-tetura ficou conhecida como uma espécie de atualização da arquiarqui-tetura Von Neumann. Com a necessidade de tornar os microcontroladores mais rápidos, apresentava como característica o uso de duas memórias diferentes e totalmente independentes com o sistema de barramento e comunicação direta com o pro-cessador. Assim, o sistema conseguia ser mais rápido que os modelos Von Neu-mann, já que era possível acessar a memória de dados independentemente do acesso da memória aos programas.
Thiago Rocha (2012) IN OUT data DATA MEMORY ALU status CONTROL control CLOCK INSTRUCTION MEMORY instruction Control & ADDR
Figura 4 − Arquitetura de Harvard
Os microcontroladores presentes na arquitetura de Harvard eram considera-dos processos comuns ou reduziconsidera-dos de instruções, ou seja, risC – tornando assim uma das características de maior agilidade em relação à arquitetura de Von Neu-mann. Já na arquitetura de Von Neumann esses microcontroladores eram usados em conjuntos complexos de instruções, ou seja, CisC (computador com conjunto complexo de instruções).
VOCÊ
SABIA?
Harvard também é o nome da mais antiga instituição de ensino superior dos Estados Unidos. A Universidade de Harvard completou 375 anos em 2011, fica em Cambrid-ge, no estado de Massachusetts, e até hoje é uma das instituições mais prestigiadas do mundo.
2.1.4 ARQUITETURA DE VON NEUMANN – ELEMENTOS COMPONENTES
E MÁQUINAS ATUAIS
Com a evolução da tecnologia e dos computadores em geral, consideramos que os fatores mais importantes do passado foram os projetos desenvolvidos por Von Neumann, que trouxeram grande flexibilidade para os dias atuais. Hoje con-siderada uma estrutura simples, a arquitetura de computadores de John von Neu-mann reunia componentes que, interligados de maneira correta, proporcionavam uma máquina digital capaz de armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, havendo assim uma maior manipulação desses dados, e com uma velocidade maior. São desses componentes que iremos tratar agora.
COMPONENTES
A máquina proposta por Von Neumann reunia componentes físicos e inde-pendentes, cuja implementação foi variando ao longo do tempo devido às ca-pacidades de inovação e readaptação às exigências do mercado. Esses compo-nentes foram e ainda são essenciais para que houvesse ganho de desempenho na computação dos dados e no tempo de resposta com que esses dados eram computados.
Assim, essa Arquitetura de Computadores foi seguida por várias e várias gera-ções, chegando aos PCs atuais, que reúnem os seguintes componentes:
FabriCO (2012)
a) Memória – Este dispositivo é usado pelo computador basicamente para guardar dados e programas, podendo ser por um período ou permanen-temente, dependendo do tipo de memória. O dispositivo armazena infor-mações através do dígito binário, ou bit. Um bit pode conter 0 ou 1, sendo uma unidade simples na qual Von Neumann se baseou para projetar sua arquitetura. Sistemas que armazenam apenas um dos valores binários não poderiam formar a base de um sistema de memória (HENNESSY; PATTER-SON, 2003).
FabriCO (2012)
Figura 6 − Processador CPU
b) unidade Central de Processamento (CPu) – É um dos principais compo-nentes de um computador. A CPU é considerada o “cérebro” do computa-dor. Isso acontece pelas referências, a partir da interpretação de que o com-putador é uma estrutura física composta por hardware e software. Ou seja, tem-se o hábito de referenciá-lo como um todo, e não somente ao proces-sador. Esse processador é composto por unidades que possuem funções di-ferentes, como por exemplo as unidades de controle, que ficam responsá-veis pela direção do fluxo dos programas, e as unidades de execução, que executam operações em dados (HENNESSY; PATTERSON, 2003).
SAIBA
MAIS
Para saber mais sobre os processadores, leia o capítulo 1 (pá-ginas 21 a 30) do livro “Organização e projeto de computa-dores” (7. ed.), de David Patterson, tradução de Daniel Vieira, Rio de Janeiro, 2005.
c) unidade lógica aritmética (ula) – Esta unidade é parte integrante da CPU e pode ser vista como uma grande calculadora eletrônica. A ULA executa as principais operações lógicas e aritméticas do computador. Ela trabalha pra-ticamente com as operações básicas da matemática, interpretando números
e letras. Sua interpretação se baseia em uma unidade de entrada de dados, uma unidade de saída de dados, operadores lógicos e uma saída de status (HENNESSY; PATTERSON, 2003).
Todos os elementos dessa arquitetura são alinhados na estrutura hardware da CPU, assim o sistema pode realizar todas as suas atividades sem apresentar erros no desempenho.
ARQUITETURA DAS MÁQUINAS ATUAIS
Você já estudou que a arquitetura dos computadores modernos foi desenvol-vida na década de 1940 e que, durante muitos anos, as empresas usaram essa arquitetura em seus equipamentos e disseminaram-na em nível mundial. Mas muito se desenvolveu e muito já se modificou. Um dos fatores primordiais que marcaram o início das máquinas atuais (de novas arquiteturas) foi o desenvolvi-mento da tecnologia VLSI (quarta geração de computadores), a partir da qual sur-giram os minicomputadores. Isso permitiu que muitas empresas e universidades informatizassem seus departamentos.
A arquitetura principal continuava, no entanto, estabelecida no processador. Com isso, no início dos anos 1980 apareceram as arquiteturas risC (reduced
ins-truction set Code), com a promessa de ganho de desempenho pela eliminação
do conceito de microprograma. De toda forma, essas arquiteturas ainda são má-quinas de Von Neumann tradicionais, e ainda com limitações, como a velocidade dos circuitos, que não pode crescer indefinidamente.
As tentativas de quebrar o gargalo de Von Neumann e o início da descentrali-zação dos sistemas − com o surgimento das arquiteturas de rede, que possibilita-ram a universalização do uso da tecnologia da computação − fizepossibilita-ram emergir e desenvolverem-se as arquiteturas paralelas de hardware.
Com o surgimento das arquiteturas paralelas, vários fatores novos começaram a surgir. Após a inserção de múltiplos processadores nos PCs modernos, novas arquiteturas foram surgindo, convergindo tecnologias de comunicação de da-dos, telecomunicações e a própria informática. Hoje, o desenvolvimento de su-percomputadores com mais de 64 processadores independentes deixa a ideia de arquitetura com uma nova modelagem e aplicação.
A internet, ou um modelo computacional baseado em rede, é exemplo dessas aplicações atuais. Outro bom exemplo dessas máquinas que vêm mudando as arquiteturas são máquinas relacionadas à computação quântica. Aqui a unida-de básica unida-de informação é o qubit (quantum bit), sendo que ele pounida-de assumir os valores de 0 e 1 ao mesmo tempo. Hoje existem muitas pesquisas baseadas em computação quântica, apesar de ainda ser pouco intuitivo em uma era digital.
2.2 PrOCeSSADOreS e OrGANiZAÇÃO
2.2.1 O PROCESSADOR – FUNÇÃO E HISTÓRICO
O que um PC, um celular, um videogame, um smartphone e um tablet têm em comum? Além de se tratar de produtos tecnológicos cujo aperfeiçoamento chega às prateleiras pelo menos a cada trimestre, todos esses dispositivos precisam de processadores para funcionar. Nesta unidade, você vai estudar sobre o processa-dor, também chamado de CPU (Unidade Central de Processamento). É uma tec-nologia fundamental que influencia diretamente na capacidade e velocidade de praticamente todos esses produtos tecnológicos de que dispomos hoje.
Paul W. Shaffer (2005)
Figura 7 − Precursores da CPU moderna: anos 1940, 1950 e 1960
Mas não foi sempre assim. Na verdade, levamos décadas para chegar aos mode-los atuais de processadores. Não era claro como esses equipamentos se comporta-riam diante do tamanho desempenho que ao longo dos anos foi sendo cobrado.
O processador, ou CPU, trabalha como um “cérebro” no computador, sendo o responsável por processar as informações obtidas de outros componentes do computador, como disco rígido, memória, placa de vídeo e de rede etc. O resul-tado do processamento das informações dependerá do programa que está soli-citando o processamento. Todos os programas, desde um editor de texto até um jogo, enviam instruções para o processador, que as executa, disponibilizando um resultado. Por exemplo, o projeto do EDIVAC liderado por John von Neumann já trazia a ideia de uma Unidade Central de Processamento capaz de realizar várias tarefas ao mesmo tempo (SILVA; DATA; PAULA, 2009).
U.S. Army (2012)
Figura 8 − EDVAC instalado no Laboratório de Pesquisas Balísticas dos EUA
Durante a década de 1950, a organização interna dos computadores começou a ser repensada. Esse foi o momento em que os processadores começaram a ga-nhar funcionalidades básicas (como registradores de índices), operando imedia-tos e detecção de operadores inválidos. Hoje existem diversos tipos de micropro-cessadores no mercado, porém foi só no início da década de 1970 que surgiram as CPUs desenvolvidas totalmente em circuitos integrados e em um único chip de silício (SILVA; DATA; PAULA, 2009).
Intel (2012)
Figura 9 − Primeiro processador da Intel (4004)
Intel (2012)
A fabricante de processadores mais antiga é a Intel, que lançou primeiro o 4004, seguido do 8080, 8085 e 8086. Este último foi considerado o primeiro pro-cessador da família x86, que a partir de então ficou muito famosa por usar essa nomenclatura, que se deu pelo fato de a numeração final dos processadores ter-minarem com o número “86”. Em 1979 a Intel lança o processador 8088, depois os 80286, 80386 e 80486. Em 1993, colocou no mercado o primeiro processador
Pentium e, recentemente, a plataforma Core. Existem outros fabricantes de
pro-cessadores além da intel, como a aMd, Cyrix, Via etc.
A aMd se mostrou a maior concorrente da intel, fabricando processadores que praticamente seguiam as mesmas características em relação à Intel, porém no início bem mais acessíveis (custo baixo), fazendo com que a empresa se tor-nasse uma das líderes nesse segmento (ARRUDA, 2011).
AMD / Intel (2012)
Figura 11 − Processadores atuais encontrados no mercado (INTEL – Core i7 e AMD Phenom II x6)
2.2.2 O PROCESSADOR – ORGANIZAÇÃO INTERNA
Durante todo o processo de formação das arquiteturas de computador, vários projetos foram desenvolvidos com o intuito de oferecer um “dispositivo” capaz de resolver milhões de instruções em tempo hábil e com resultados precisos. Com certeza, se fôssemos fazer alguma analogia comparativa entre nós, seres humanos, e o computador, o nosso cérebro seria o processador. Conectado com todo o sistema de comunicação, este por sua vez possui inúmeras tarefas, entre elas o processamento das informações. Para iniciar esta unidade, você vai estudar algumas das funções que o processador desenvolve.
Tudo começa com o processo de extração de instruções. Este ato ocorre quando o processador busca as informações na memória principal do computa-dor e as interpreta, decodificando-as para determinar as ações necessárias. Após tais procedimentos, começa a extração dos dados, em que são feitas as execu-ções de uma instrução, podendo necessitar de leituras de dados da memória ou de um módulo de entrada/saída. Após a extração de dados, é feito o
ope-ração aritmética ou lógica sobre os dados. Por fim, a escrita de dados, ou seja, os resultados de uma execução podem obrigar a escrita de dados na memória ou num módulo de entrada/saída (SILVA; DATA; PAULA, 2009).
Thiago Rocha (2012) Palavra de controle Bits de estado Barramento de endereços Unidade de processamento Barramento de dados Banco de registos ULA PC IR Unidade de C on tr ole
Figura 12 − Estrutura interna de um processador
Dos vários componentes necessários para a estrutura de um processador, po-demos destacar alguns importantes como os registradores, memória cache,
ula e uC.
a) registrador – É um dispositivo de armazenamento de dados. Neste caso, o tamanho do registrador é medido em bits, variando de 8 a 256 bits. O conjun-to de conjun-todos os registradores forma uma memória interna do processador, de alta velocidade, mas de baixa capacidade se comparada com outras memó-rias (cache, principal, disco rígido, CD etc.). O registrador é a memória mais rápida da hierarquia de memória do computador. É possível ler e escrever rapidamente nele (HENNESSY; PATTERSON, 2003).
Os registradores estão no topo da hierarquia de memória, sendo assim são os meios mais rápidos e caros de se armazenar um dado.
Estima-se que, se uma memória comum de armazenamento trabalhasse na mesma velocidade de escrita e leitura de uma memória de registrador, seria praticamente inviável financeiramente manter estas memórias nos PCs atu-ais na mesma proporção que mantemos hoje. Ou seja, 2 Gb, 4 Gb ou 8 Gb de memória comum trabalhando na mesma frequência que uma memória de um registrador poderia tranquilamente custar bem mais do que o próprio computador inteiro.
b) Memória cache – Imagine que você trabalhe numa bancada, na qual fre-quentemente é necessário apertar um parafuso, mas a chave de fenda está num armário que fica a 100 metros de distância. Ou seja, cada vez que você tiver que aperta um parafuso é preciso buscar a chave de fenda, usa-lá e depois colocá-la novamente no lugar. Isso será muito pouco eficiente e vai demorar bastante, concorda? Mas como sempre há parafusos para apertar, para agilizar esse processo você deve guardar essa chave em uma gaveta na sua bancada, perto do parafuso.
O cache seria equivalente a essa gaveta, um artifício que agiliza o seu traba-lho. A memória cache é um tipo rápido de memória localizada no proces-sador. Ela armazena as informações mais utilizadas pelo processador para que sejam acessadas mais rapidamente. Com a evolução da tecnologia dos processadores, eles começaram a ser mais rápidos que a memória RAM, obri-gando o processador a esperar a liberação da RAM para terminar sua tarefa. Com isso surgiu a memória cache, e a partir daqui o processador reduz o número de acessos na memória RAM “lenta”. Dessa forma, ele não perde o seu desempenho. Os chips de memória cache utilizam a memória do tipo SRAM, que é mais rápida e não precisa ser atualizada o tempo todo.
A cache trabalha como uma memória intermediária entre a memória prin-cipal e os registradores do processador, dividida em níveis LX, onde X é um número natural. Ela é bastante comum na arquitetura dos processadores atuais, onde podem vir em dois níveis ou até mesmo três níveis: L1, L2 e L3. Geralmente as caches L1 e L2 estão embutidas (on-chip ou on-die) no chip do processador. Nos computadores mais antigos, era possível encontrar a cache L2 fora do chip da CPU, por isso reduzia o custo de fabricação do pro-cessador. Já os processadores mais recentes, como o Core i7, possuem três níveis de cache (L1, L2 e L3). Com o passar do tempo, vários tipos de cache foram desenvolvidos (STALLINGS, 2003).
c) ula – A Unidade Lógica Aritmética é um dos núcleos de processamento do processador. A ULA processa informações dos registradores para ge-rar outros dados que são resultados de uma operação. A ULA realiza ope-rações com os operadores matemáticos como soma, subtração, multiplica-ção e divisão, e também operações lógicas como AND, OR, XOR, entre outras (STALLINGS, 2003).
d) uC – A Unidade de Controle (UC) é um componente do processador res-ponsável por gerar sinais que controlam outros componentes, como a ula e os registradores. Os sinais são gerados com base na instrução que está sendo processada. A ULA recebe esses sinais para saber qual operação exe-cutar (soma, divisão, AND, OR, XOR), quais registradores fornecerão dados de entrada para ULA e qual será o registrador que armazenará o resultado da operação (STALLINGS, 2003).
VOCÊ
SABIA?
Cada processador possui um conjunto de instruções que ele pode executar. Além das instruções aritméticas, uma CPU pode executar instruções de transferência de controle, manipulação de bit, suporte ao sistema opera-cional e de controle do processador.
2.2.3 O PROCESSADOR – CONJUNTO DE INSTRUÇÕES
Você já estudou que, em uma arquitetura de computador, um dos principais dispositivos é o processador. Este, por sua vez, possui uma estrutura com carac-terísticas fundamentais, como o conjunto de instruções.
Quando falamos em arquitetura de Processadores, o conjunto de
instru-ções é sem dúvida um dos pontos mais importantes, pois vários aspectos na
de-finição e implementação dessa arquitetura são diretamente influenciados por várias características do conjunto de instruções. Por exemplo, todas as operações realizadas pela ula (Unidade Lógica Aritmética), o número e função dos
regis-tradores e a estrutura de interconexão dos componentes da seção de processa-mento. Podemos então dizer que todas as operações básicas que ocorrem dentro da seção de processamento dependem diretamente das instruções que devem ser executadas (SILVA; DATA; PAULA, 2009), (RODRIGUES, 2007).
A informação que deve ser incorporada em um conjunto de instruções é a seguinte:
a) o primeiro passo seria o código da operação, que é definido como um con-junto de bits que permitem à unidade de controle identificar a instrução de forma unívoca;
b) depois o conjunto de bits que especifique os operandos da instrução ou sua localização (em registradores do CPU ou em memória);
c) e, por último, um conjunto de bits que especifiquem a localização dos
re-sultados da operação (em registradores do CPU ou em memória).
VOCÊ
SABIA?
Em geral, os programas são desenvolvidos em uma lin-guagem de alto nível como (Visual Basic, Delphi, ASP, Java). O compilador traduz o programa de alto nível em uma sequência de instruções de processador. O resulta-do dessa tradução é o programa em linguagem de mon-tagem ou linguagem de máquina (assembly language).
Thiago Rocha (2012) Programa em Linguagem de Alto Nível Programa em Linguagem Assembly Compilador Assembler Linker/Loader Programa Executável
Comandos de Alto Nível
Instruções da Arquitetura
Figura 13 − Sequência de instruções de processador
As instruções oferecidas por uma arquitetura podem ser classificadas em ca-tegorias, de acordo com o tipo de operação que realizam. Em geral, uma arquite-tura fornece pelo menos três categorias de instruções básicas (HENNESSY; PAT-TERSON, 2003):
a) instruções aritméticas e lógicas: são as instruções que realizam operações aritméticas sobre números inteiros (adição, subtração) e operações lógicas
bit-a-bit (AND, OR);
b) instruções de movimentação de dados: instruções que transferem dados entre os registradores ou entre os registradores e a memória principal; c) instruções de transferência de controle: instruções de desvio e de
chama-da de rotina, que transferem a execução para uma determinachama-da instrução dentro do código do programa.
Quando se fala em armazenamento dessas instruções, as principais opções que existem são as pilhas, acumulador ou um registrador. Estes operandos po-dem ser nomeados de forma implícita ou explícita: os operandos em uma
arqui-tetura de pilha estão implicitamente no topo da pilha e, em uma arquiarqui-tetura de acumulador, ele é implicitamente o acumulador. Já nas arquiteturas de regis-tradores há apenas operandos explícitos, sejam eles regisregis-tradores ou posições
2.2.4 O PROCESSADOR – MULTITHREAD, MULTICORE,
MULTIPROCESSAMENTO
É fato que a evolução tecnológica afeta de forma surpreendente todas as áreas do conhecimento, e com os processadores não poderia ser diferente. Isto aconte-ce pelo fato de as empresas estarem investindo cada vez mais em tecnologias mi-núsculas que substituíram os famosos transistores usados em décadas passadas. Neste nível de integração, as técnicas são mais refinadas, como por exemplo o uso de paralelismo para efetivamente utilizar ao máximo o desempenho dos pro-cessadores. As técnicas de Multithread, Multicore e o sistema de Multiprocessa-mento são exemplos bons do uso dessas técnicas para auMultiprocessa-mento de desempenho. Vamos entender como essas técnicas funcionam?
MULTITHREAD
Um exemplo da aplicação de Multithread (várias tarefas) é a nova tecnologia da Intel chamada HT ou Hyper-Threading, empregada nos processadores. Neste caso, ela usa recursos do processador com uma maior eficiência, permitindo que múltiplas threads sejam executadas em cada um dos núcleos existentes no pro-cessador. Imagine você executando alguns programas ao mesmo tempo no seu computador. Se você tiver uma boa arquitetura, notará que esses programas são executados praticamente em tempo real − no entanto, isso não é verdade. A im-pressão de “tempo real” se dá por causa da grande velocidade de processamento de que dispomos hoje nas máquinas comerciais. Com a aplicação da tecnologia de Multithread, o que acontece é a divisão dessas tarefas que formam a execução do software. Ou seja, fica mais fácil para os núcleos presentes nesse processador desempenharem tal função. Devemos lembrar que não são todos os processa-dores que comportam Multithread, ou seja, existem modelos com características próprias para o desempenho dessa função, como os modelos da família Core da segunda geração (Core i7) (HENNESSY; PATTERSON, 2003).
SAIBA
MAIS
Você pode conhecer muito mais sobre a tecnologia da Intel – Multithread. Para isso basta acessar o site da empresa e na-vegar em busca dos artigos disponíveis: <http://www.intel. com>.
MULTICORE
Chamam-se Multicore os processadores com dois ou mais núcleos. Hoje em dia, tornou-se comum encontrar processadores que utilizam as tecnologias como
dual-Core (Dois Núcleos), Triple-Core (Três Núcleos) e Quad-Core (Quatro
Nú-cleos). Esses modelos possuem núcleos diferentes no mesmo circuito integrado. Dessa forma, um processador com dois núcleos opera como se houvesse dois processadores em seu interior na mesma pastilha de silício, podendo realizar um processo em cada núcleo ao mesmo tempo, possibilitando a melhora do desem-penho do computador como um todo (SILVA; DATA; PAULA, 2009).
Intel / AMD (2012)
Figura 14 − Imagens de Dual-Core: processador Core 2 Duo e Athlon X2
No entanto, um processador que tenha vários núcleos não garante por si só que o computador vá desempenhar mais rápido. Existem diversos fatores que influenciam o desempenho do computador, como por exemplo a capacidade da memória, a velocidade dos dispositivos de entrada e saída e a forma como os programas são desenvolvidos.
Existem hoje duas maneiras de se construir processadores com múltiplos nú-cleos. Na primeira, chamada de multi-chip, cada núcleo é cortado em diferentes regiões da placa de silício, e eles são alojados juntos dentro de um mesmo encap-sulamento, como é o caso do processador Pentium d.
A segunda forma de fabricação é a chamada monolítica, utilizada pelos pro-cessadores Core 2 duo. Neste caso, os núcleos são fabricados em apenas um chip e, quando ele necessita trocar informações com o outro, a comunicação é reali-zada internamente, sem a necessidade de utilizar o barramento local. Nesse tipo de fabricação, o cache de memória é dividido entre os núcleos, permitindo um desempenho melhor do processador. Hoje em dia os processadores mais atuais estão subdivididos em 4, 8 e até 12 núcleos (RODRIGUES, 2007).
Você consegue verificar no seu computador quantos núcleos o seu processa-dor tem? Apesar de hoje existirem inúmeras ferramentas que rastreiam o
hardwa-re e disponibilizam a estrutura em forma de hardwa-relatório, uma maneira bem prática
de checar a estrutura do computador é acessar o gerenciador de dispositivos (Device Manager) no Microsoft Windows. Note que, no caso a seguir, temos qua-tro núcleos presentes em um único processador.
FabriCO (2012)
Figura 15 − Gerenciador de dispositivos do Microsoft Windows
MULTIPROCESSAMENTO
Hoje podemos definir bem esse sistema, porque encontramos com facilidade processadores com vários núcleos, onde cada um dos núcleos age independen-temente, permitindo a subdivisão do processamento quando uma tarefa é acio-nada. Com isso, houve uma revolução no mercado de softwares. Empresas como a Microsoft e o próprio google já projetam sua linha de produtos destinados a arquiteturas de processadores que utilizam esse recurso. No SMP (Simetrical Multi
Processor) – em outras palavras, multiprocessamento simétrico –, o processador
possui sistema Multithreads e aloca essas threads de acordo com o processador que está menos sobrecarregado. Assim, ele garante uma alta performance entre arquiteturas de PCs e também em dispositivos móveis, mesmo que as aplicações não sejam desenvolvidas para multiprocessamento (RODRIGUES, 2007).
Hoje, os principais processadores com múltiplos núcleos de processamento pre-sentes em uma única placa de silício são o i7, da Intel, e o Phenon 2 – X6, da AMD.
Intel / AMD (2012)
Para encerrar este tópico, um alerta: não confunda os processos e tecnologias empregadas em processadores Multithread com as aplicações de multitarefas
dos sistemas operacionais. Nas aplicações multitarefa, o sistema operacional
si-mula a simultaneidade, utilizando-se de vários recursos, entre eles o compartilha-mento de tempo de uso do processador entre vários processos. Até pouco tempo atrás, muitos faziam ideia que a multitarefa era um sistema de multiprocessamen-to (SILVA; DATA; PAULA, 2009).
2.2.5 ELEMENTOS DE APOIO – MEMÓRIA PRINCIPAL E MEMÓRIA
SECUNDÁRIA
Você já parou para analisar como funciona nosso cérebro? A ciência de hoje já sabe que possuímos a capacidade de guardar informações, algumas por muitos e muitos anos, e outras apenas passageiras. Isso porque associamos o que é e o que não é importante para nós. No que se refere ao hardware dos computadores, en-tendemos como memória os dispositivos que armazenam os dados com os quais o processador trabalha. Entre esses dispositivos, podemos classificar as memórias como memória principal e memória secundária.
MEMÓRIA PRINCIPAL
a memória principal, também chamada de memória real, é um tipo de
me-mória que trabalha diretamente com o processador por meio de endereçamento. Sem esse tipo de memória nas arquiteturas dos PCs atuais, o computador não funcionaria. Duas das principais memórias para o desempenho do computador são: a memória raM e a memória roM.
Corsair (2012)
Intel (2012)
