Arquitetura de Computadores

BOM, EXISTEM VARIAS MANEIRAS DE EXPLICAR O QUE É ARQUITETURA DE COMPUTADORES, MAS PELO QUE EU ENTENDO E APRENDI O COMPUTADOR É FORMADO POR PEÇAS E ESSAS PEÇAS FORMAM A ARQUITETURA DE UM COMPUTADOR, OU SEJA, O PROCESSADOR, A MEMORIA PRINCIPAL E SECUNDARIA, OS BARRAMENTOS, O CHIPSET, OS DISPOSITIVOS DE I/O, O DISCO RIGIDO, A PLACA DE VIDEO E A PLACA MAE. TODAS ESTAS PEÇAS E MAIS ALGUMAS FORMAM A ARQUITETURA DE UM COMPUTADOR. COMO ESTAS PEÇAS FUNCIONAM: BOM CADA UMA DESSAS PEÇAS (HARDWARE) TEM UMA FUNÇAO, OU SEJA, UM OBJETIVO. O OBJETIVO DO PROCESSADOR É FAZER OS CALCULOS E AS OPERAÇÕES LOGICAS, JÁ A MEMORIA PRIMARIA É CONTER AS INFORMAÇÕES NECESSARIAS PARA O PROCESSADOR EM UM DETERMINADO TEMPO, A MEMORIA SECUNDARIA SERIA POR EXEMPLO O HD ONDE CONTEM OS DADOS SALVOS, OS BARRAMENTOS SÃO UM CONJUNTO DE LINHAS QUE PERMITEM A INTERLIGAÇÃO ENTRE O PROCESSADOR A MEMORIA E ENTRE OUTROS PERIFERICOS, O CHIPSET É UM DOS PRINCIPAIS COMPONENTES LOGICOS DA PLACA MÃE E EXISTEM DOIS TIPOS O PONTE NORTE E O PONTE SUL O PONTE NORTE É LIGADO DIRETAMENTE AO PROCESSADOR E SUA FUNÇAO É O ACESSO AS MEMORIAS E OS BARRAMENTOS AGP E PCI JÁ O PONTE SUL CONTROLA AS INTERFACES IDE E USB E TAMBEM ESTA A CONEXAO COM A BIOS, DISPOSITIVOS DE I/O SÃO OS DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAIDA, O DISCO RIGIDO É O HD QUE É UMA MEMORIA SECUNDARIA E A PLACA MAE É AQUELA QUE É COMPOSTA POR TODOS ESTES COMPONENTES. ENTÃO AQUITETURA DE COMPUTADOR SERIA TODAS AS PEÇAS QUE EXISTENTES EM UM COMPUTADOR.

Por Anderson Cardoso             10.06.2011

O que é Arquitetura de Computadores?

                É a parte da informática que trata de explicar como funcionam todos os componente de um computador, desde dispositivos de entrada até o resultado de um processamento, ou seja a saída.

                É em arquitetura de computadores que aprendemos todas as ligações que ocorrem dentro de um gabinete, desde a simples conexão de um HD até as memórias responsáveis por cálculos e instruções do processador.

Por Leandro Persch     10.06.2011

PLACA DE VIDEO

As imagens produzidas pelo monitor são formadas por pixels, que são pequenos pontos. O computador consegue montar uma imagem mudando a cor de cada pixel. Mas para isso, ele precisa de um tradutor, que traduz os dados binários vindos do processador para uma imagem, esse trabalho quem faz é a placa de vídeo.

Funcionamento

O processador envia informações sobre uma imagem para a placa de vídeo, e ela decide como usar os pixels na tela para formar a imagem. Essa imagem é transferida até o monitor por meio de um cabo.

Essa tarefa exige muito processamento, principalmente quando se tratam de imagem em 3 dimensões. Neste caso, a placa gera um esqueleto da imagem, e depois preenche os pixels restantes. A placa de vídeo também adiciona efeitos de iluminação, cor, textura, entre outros.

Cache L1, L2 e L3

Cache L1

Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador. Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2, o L1 é dividido em dois níveis: dados e instruções (que "dizem" o que fazer com os dados). A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip [processador]. Geralmente tem entre 16KB e 128KB.



Cache L2

Possuindo o Cache L1 um tamanho reduzido e não apresentando uma solução ideal, foi desenvolvido o cache L2, que contém muito mais memória que o cache L1. Ela é mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória principal. Alguns processadores colocam essa cache fora do processador, por questões econômicas, pois uma cache grande implica num custo grande, mas há exceções, como no Pentium II, por exemplo, cujas caches L1 e L2 estão no mesmo cartucho que está o processador. É neste aspecto essencial que a Intel ganha todo o prestígio e rendimento dos seus processadores. A memória cache L2 é, sobre tudo, um dos elementos essenciais para um bom rendimento do processador mesmo que tenha um clock baixo. Um exemplo prático é o caso do Intel Xeon (para servidores) que tem apenas 1.4 GHz de clock interno e ganha de longe do atual Intel Extreme, pelo fato de possuir uma memória cache de 12Mb. Quanto mais alto é o clock do processador, mais este aquece e mais instável se torna. Os processadores Intel Celeron tem tão fraco desempenho por possuir menor memória cache L2. Um Pentium M 730 de 1.6 GHz de clock interno, 533 MHz FSB e 2 MB de cache L2, tem rendimento semelhante a um Intel Pentium 4 2.4 GHz, aquece muito menos e torna-se muito mais estável e bem mais rentável do que o Intel Celeron M 440 de 1.86 GHz de clock interno, 533 MHz FSB e 1 MB de cache L2.

Cache L3

Terceiro nível de cache de memória. Inicialmente utilizado pelo AMD K6-III (por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo) utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional. Ainda é um tipo de cache raro devido a complexidade dos processadores atuais, com suas áreas chegando a milhões de transístores por micrómetros ou picómetros de área. Ela será muito útil, é possível a necessidade futura de níveis ainda mais elevados de cache, como L4 e assim por diante.

Registradores

Conjunto de elementos de memória (flip-flops ou latches) utilizados para armazenar bits.É um tipo de memória de pequena capacidade porém muito rápida, contida no CPU, utilizada no armazenamento temporário durante o processamento.

UCP

A Unidade Central de Processamento é a responsável pelo processamento e execução dos programas armazenados na MP. As funções da UCP são: executar as instruções e controlar as operações no computador.

ULA

A Unidade Lógica e Aritmética (ULA) é um circuito combinatório responsável pela execução de somas, subtrações e funções lógicas, em um sistema digital.

Chipset

North Bridge



Este chip faz um trabalho "mais pesado" e, por isso, geralmente requer um dissipador de calor para não esquentar muito. Cabe a "ponte norte" as tarefas de controle do FSB (front side bus - velocidade na qual o processador se comunica com a memória e com componentes da placa-mãe), da frequëncia de operação da memória, do barramento AGP, etc.

South Bridge

Este é responsável pelo controle de dispositivos de entrada e saída, como as interfaces IDE ou SATA. Placas - mãe que possuem som onboard, podem incluir o controle desse dispositivo também na "ponte sul".

Memórias DIMM

Os módulos DIMM são os módulos de memória usados anigamente. Ele possui contatos em ambos os lados do módulo, o que justifica seu nome, Double In Line Memory Module ou módulo de memória com dupla linha de contato. Todos os módulos DIMM são módulos de 64 bits, o que eliminou a necessidade de usar 2 ou 4 módulos para formar um banco de memória. Muitas placas-mãe oferecem a opção de usar dois módulos para melhorar a velocidade de acesso. Esse recurso é chamado de dual-channel e melhora consideravelmente o desempenho, sobretudo nas placas-mãe com vídeo onboard, onde a placa de vídeo disputa o acesso à memória RAM com o processador principal. Existem três formatos de memória DIMM. Os mais antigos são os módulos de memória SDR, de 168 vias. Depois, temos os módulos de memória DDR, que possuem 184 contatos e os módulos DDR2, que possuem 240.

Memória DDR

Surgimento das memórias DDR

Na época em que o processador Pentium III, da Intel, era um dos principais produtos do tipo no mercado, a taxa padrão do FSB (Front Side Bus) - essencialmente, a velocidade na qual o processador se comunica com a memória RAM - era de 133 MHz, equivalente a 1.064 MB por segundo. No entanto, sabe-se que, via de regra, o chipset da placa-mãe não utiliza a frequência de FSB para se comunicar com a memória, mas sim a velocidade desta última. Nessa ocasião, o padrão para velocidade das memórias também era de 133 MHz (as conhecidas memórias SDRAM PC-133), que também fornecia uma taxa de transferência de 1.064 MB por segundo. É possível notar, com isso, que havia um certo "equilíbrio" nas velocidades de comunicação entre os componentes do computador.
No entanto, com o lançamento de chips como o Pentium 4, da Intel, e o Athlon, da AMD, esse "equilíbrio" deixou de existir, pois o FSB dos processadores passou a ter mais velocidade, enquanto que as memórias continuavam no padrão PC-133, mantendo a frequência em 133 MHz. Nestas condições, isso significa que o computador como um todo não consegue aproveitar todos os recursos de processamento.
Para usuários do Pentium 4 até havia uma alternativa: utilizar as memórias do tipo Rambus (ou RDRAM). Esse tipo era mais rápido que as memórias PC-133, mas tinha algumas desvantagens: só funcionava com processadores da Intel, possuia preço muito elevado e as placas-mãe que suportavam as memórias Rambus também eram muito caras.
Neste mesmo período, as memórias DDR já eram realidade, mas a Intel tentava popularizar as memórias Rambus, o que a fazia "ignorar" a existência das primeiras. A AMD, por sua vez, precisava de uma alternativa eficiente que pudesse trabalhar integralmente com seus novos processadores. A companhia acabou apostando nas memórias DDR e, a partir daí, este tipo passou a se popularizar, especialmente porque a Intel, logo depois, teve que aderir à ideia.
Mas o simples surgimento das memórias DDR não foi uma solução imediata para os problemas de velocidade entre memórias e  FSB. Somente com o lançamento das memórias Dual-Channel DDR é que a solução se tornou efetivamente eficaz. O assunto que será abordado mais adiante.

Funcionamento das memórias DDR

As memórias DDR são bastante semelhantes às memórias SDR SDRAM. Estas últimas trabalham de maneira sincronizada com o processador, evitando os problemas de atraso existentes em tecnologias anteriores. O grande diferencial da tecnologia DDR, porém, está em sua capacidade de realizar o dobro de operações por ciclo de clock (em poucas palavras, a velocidade com a qual o processador solicita operações - entenda mais neste artigo sobre processadores). Assim, enquanto uma memória SDR SDRAM PC-100 trabalha a 100 MHz, por exemplo, um módulo DDR com a mesma frequência faz com que esta corresponda ao dobro, isto é, a 200 MHz.
Mas, como isso é possível? Nas memórias, os dados são armazenados em espaços denominados células. Estas são organizadas em uma espécie de matriz, isto é, são orientadas em um esquema que lembra linhas e colunas. O cruzamento de uma linha com uma coluna forma o que conhecemos como endereço de memória.

Via de regra, nas operações de leitura e gravação, só é possível acessar uma linha por vez. Mas as memórias DDR possuem um "truque": elas acessam duas posições diferentes, mas ambas na mesma linha. É por isso que essa tecnologia consegue realizar o dobre de operações por ciclo, uma no início deste e outra no final.
Por causa desta característica, as memórias DDR passaram a contar com um padrão diferente de nomenclatura. Nos módulos SDR SDRAM, encontram-se expressões como PC-100 e PC-133, onde o número indica a frequência. Assim, um pente PC-133 informa que o dispositivo trabalha a 133 MHz. Nas memórias DDR, isso também ocorre, mas considerando a característica de duplicidade por ciclo. Assim, um módulo DDR-200, por exemplo, trabalha, na verdade, à taxa de 100 MHz. Mas, na nomenclatura alternativa, como PC-1600, por exemplo, a quantidade de megabytes transferidos por segundo é que é considerada. Observe a tabela:

Memória	Velocidade
SDRAM PC-100	800 MB/s
SDRAM PC-133	1.064 MB/s
DDR-200 ou PC-1600	1.600 MB/s
DDR-266 ou PC-2100	2.100 MB/s
DDR-333 ou PC-2700	2.700 MB/s
DDR-400 ou PC-3200	3.200 MB/s
Dual DDR-226	4.200 MB/s
Dual DDR-333	5.400 MB/s
Dual DDR-400	6.400 MB/s

Vale frisar que esses valores de transferência são teóricos, ou seja, indicam o alcance máximo. Na prática, uma série de fatores pode influenciar na velocidade de transferência. Mas, mesmo sendo teórico, como esse cálculo é feito?

É simples: em suas operações, as memórias DDR conseguem transferir até 64 bits por vez, ou seja, 8 bytes. Basta então multiplicar este valor pela frequência da memória mais a quantidade de operações por ciclo. Assim, o cálculo de um módulo DDR-400 é o seguinte:
8 (64 bits) x 200 (frequência) x 2 (operações por ciclo) = 3.200
O resultado final é dado em megabytes por segundo.
Embora muito parecidas com as memórias SDR SDRAM, as memórias DDR possuem outro diferencial considerável: trabalham com 2,5 V, contra 3,3 V da primeira. Assim sendo, reduzem o consumo de energia, aspecto especialmente importante em dispositivos portáteis, como notebooks.

http://www.infowester.com/memddr.php

Endereçamento IRQ

Endereços IRQs são interrupções que servem para dar prioridade aos dispositivos que não podem ficar esperando o processador realizar outra tarefa, ele avisa o processador, que para imediatamente o que está  fazendo e dá atenção ao dispositivo que solicitou a interrupção.