Introdução a Informática - Arquitetura
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Arquitetura de um Computador
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3
O que é um computador?
• Computadores são ferramentas– Servem para resolver problemas
• Sistemas computacionais possuem 3 características em geral:– Processamento– Memória (Armazenamento)– Comunicação
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Periféricos
• Entrada:– Teclado, Mouse
• Saída:– Monitor, Impressora, Caixa de Som
• Entrada e saída:– Disquete, CD/DVD
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Placa-mãe (Motherboard)
• Localizada dentro do Gabinete• Acomoda os principais componentes do computador:
– CPU (Central Processing Unit)– GPU (Graphics Processing Unit)– Memória RAM– Controladores (Chipset)– Conexão com outros dispositivos:
• Disco Rígido - HD (Hard Drive)• Placa de som• Placa de vídeo externa• ...
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CPU
• Cérebro do computador• Executa as instruções dos programas que
estão na memória RAM• Le e escreve na memória RAM• Por esquentar muito, precisa de uma
ventoinha (cooler).• Pode ser criado de acordo com uma
arquitetura (x86, x64, ARM, etc)
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Memória RAM
• Memória rápida• Utilizada para guardar os dados dos
programas que estão sendo executados• Memória volátil, ou seja, perde seu conteúdo
se o computador for desligado
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Disco Rígido (HD)
• Memória lenta• Utilizada para guardar os programas instalados e os
arquivos dos usuários• Armazena a informação mesmo com o computador
desligado.• Um dos poucos componentes mecânicos de um
computador, por isso é um dos mais lentos.– Por exemplo, para iniciar a leitura de um arquivo, o HD
precisa posicionar o disco e o braço de leitura na posição correta.
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Controladores (Chipset)
• O coração da placa-mãe• Responsáveis pela comunicação e
sincronização dos componentes do computador (CPU, memória, GPU, periféricos, etc)
• Não adianta ter os melhores componentes se o os controladores forem lentos, já que toda informação passa por eles.
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Funcionamento básico de um computador
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Funcionamento básico de um computador
• Para abrir um programa, este deve ser carregado do HD para a memória RAM.– Por isso que programas maiores demoram mais
para serem abertos.
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Funcionamento básico de um computador
• Para executar um programa, ou seja, executar suas instruções que estão localizadas na memória RAM, a CPU executa 3 etapas:– Leitura: ler a instrução que está na memória RAM– Decodificação: entender qual instrução deve ser
executada– Execução: executar de fato a instrução• Durante a execução, dados podem ser escritos de volta
na memória RAM ou em outros dispositivos.
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Funcionamento básico de um computador
• Para mostrar o resultado de uma operação a CPU pode mandar informações para a GPU (para mostrar imagens) ou escrever na placa de som (para tocar sons) ou outros dispositivos.
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Funcionamento básico de um computador
• Cada programa aberto ocupa espaço na memória.• As vezes quando a memória está muito cheia, o
S.O. salva partes da memória que são raramente utilizadas (pelos programas) em uma região especial do HD chamada Memória Virtual.
• Quando um programa que foi enviado para a Memória Virtual precisa ser executado, ele precisa ser recarregado do HD para a memória RAM. Isso é chamado de Erro de Página ou Erro de Paginação.
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Do Hardware ao Software
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Transistor
• É um componente eletrônico básico da computação.
• Ele pode deixar passar corrente elétrica (1) ou interrompê-la (0).
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Circuito Integrado (CHIP)
• Conjunto de vários transistores.• Um circuito integrado pode ser projetado para
executar diversos tipos de operações, desde somar até controlar a placa de som.
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Processador (CPU)
• Conjunto organizado de vários circuitos.• Geralmente segue uma arquitetura (x86, x64,
ARM, etc) para que o software saiba como se comunicar com ele.
• O Intel i7 possui 731 milhões de transistores.
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Kernel do S.O.
• Núcleo do sistema operacional. Invisível para os usuários.
• É ele que se comunica diretamente com o hardware.
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Drivers
• Softwares utilizados pelo Kernel para se comunicar com dispositivos diversos.
• Por exemplo, o driver da câmera de vídeo é necessário para que o computador saiba como adquirir uma imagem dela.
• Praticamente todo dispositivo precisa de um driver, alguns precisam ser instalados, e outros já estão incluídos no sistema operacional.
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Sistema Operacional (S.O.)
• Gerencia os recursos de hardware.– Os recursos podem ser: processamento, arquivos,
memória, etc.• Permite que programas rodem sobre ele.• Serve como abstração (simplificação) do
hardware. Dessa forma, os programas não precisam saber em que hardware estão sendo executados, quem cuida disso é o S.O.
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Programas
• São conjuntos de instruções que rodam, geralmente, em cima do S.O.
• Podem ser compostos por um ou mais arquivos no HD. Quando maiores e mais numerosos forem os arquivos mais lenta será a abertura do programa.
• Existem alguns programas chamados “Interpretados” que são executados sobre outros programas.– Ex: Páginas de internet que rodam sobre o Browser;
Comandos que são executados pelo DOS, etc.
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