O capítulo explora a parte física do computador, o hardware, demonstrando como os seus principais componentes interagem para processar informações. São abordados conceitos essenciais de arquitetura, incluindo a unidade central de processamento (CPU), a memória, os dispositivos de entrada/saída (E/S) e os barramentos que conectam todos esses elementos.
A CPU é o “cérebro” do computador, responsável por executar instruções e processar dados. Ela realiza operações lógicas e aritméticas com alta velocidade e precisão, mesmo executando uma operação de cada vez.
Realiza operações aritméticas, como adição e subtração, e operações lógicas (ex.: AND, OR, XOR, NOT). A ULA é responsável por processar os dados conforme as instruções recebidas, operando sequencialmente e garantindo a execução correta dos cálculos.
Coordena a execução das instruções. A UC busca os comandos na memória, decodifica-os e envia sinais de controle para direcionar as operações tanto na ULA quanto nos registradores. Dessa forma, ela assegura que cada etapa do processamento seja realizada no momento adequado.
São pequenas áreas de memória interna à CPU que armazenam temporariamente dados e instruções durante o processamento. Podem ser de uso geral ou específicos para determinadas funções, possibilitando acesso rápido e facilitando a execução das operações.
A memória do computador armazena tanto as instruções quanto os dados utilizados durante o processamento. Ela possui diferentes níveis de hierarquia e características que influenciam na velocidade e capacidade de armazenamento.
Integrados à CPU, são os dispositivos de acesso mais rápido, mas com capacidade limitada.
Uma memória intermediária de alta velocidade que armazena dados frequentemente utilizados, diminuindo o tempo de acesso entre a CPU e a memória principal.
Memória de acesso aleatório que guarda as instruções e dados enquanto o computador está em funcionamento. É volátil, ou seja, perde seu conteúdo com a falta de energia.
Dispositivos de armazenamento em massa, como discos rígidos, discos ópticos (CD, DVD, Blu-Ray) e fitas magnéticas. São não voláteis e mantêm as informações mesmo sem energia, mas os dados precisam ser transferidos para a memória principal para serem processados.
Representa o tamanho dos bits que o processador utiliza para tratar números ou instruções. Geralmente, os tamanhos comuns são 8, 16 ou 32 bits, variando conforme a arquitetura.
São as menores quantidades de dados que podem ser acessadas diretamente. Em alguns sistemas, a unidade endereçável é a palavra inteira, enquanto em outros o endereçamento ocorre em bytes.
Define a quantidade de bits que podem ser lidos ou gravados em um ciclo de acesso à memória. Essa unidade pode diferir do tamanho da palavra ou da unidade endereçável, especialmente em dispositivos de memória externa.
O módulo de E/S é a interface que conecta o computador ao mundo externo, permitindo a comunicação com dispositivos periféricos, como teclados, mouses, impressoras e discos. Ele gerencia a transferência de dados entre esses dispositivos e a memória.
A CPU controla diretamente cada operação de E/S, gerenciando ativamente a transferência dos dados.
A CPU envia um comando de E/S e continua executando outras tarefas até ser interrompida pelo hardware, que sinaliza a conclusão da operação.
Um controlador especializado assume a tarefa de transferir grandes volumes de dados diretamente entre a memória principal e os dispositivos de E/S, liberando a CPU para outras funções. Ao final, gera uma interrupção para indicar que a transferência foi concluída.
Os barramentos são os canais de comunicação que interligam a CPU, a memória e os dispositivos de E/S, permitindo a troca de dados e sinais de controle entre esses componentes. Eles são essenciais para o funcionamento integrado do sistema.
A placa-mãe reúne os principais componentes do computador, como a CPU, os módulos de memória e os slots de expansão para dispositivos de E/S. Ela contém circuitos impressos e barramentos que facilitam a comunicação interna.
São dispositivos que gerenciam o acesso dos periféricos ao barramento. Eles recebem comandos da CPU e organizam a transferência de dados entre os dispositivos externos e a memória.
Um chip responsável por gerenciar o acesso simultâneo dos dispositivos ao barramento, garantindo que a comunicação ocorra sem conflitos e de maneira eficiente.
Tecnologias mais antigas que permitiam a conexão de dispositivos, porém com limitações de velocidade e capacidade.
Desenvolvido para oferecer maior taxa de transferência, o barramento PCI possibilitou uma comunicação mais rápida entre a CPU, memória e dispositivos de E/S.
Uma evolução do PCI que utiliza múltiplas lanes (pistas) para transmitir dados em alta velocidade. Por exemplo, uma conexão com 16 lanes no padrão PCIe 3.0 pode alcançar uma largura de banda de até 16 GB/s, proporcionando desempenho significativamente superior.
O capítulo apresenta uma visão detalhada e modularizada do hardware dos computadores, destacando como cada componente – CPU (com ULA, UC e registradores), hierarquia de memórias, módulos de entrada/saída e barramentos – desempenha um papel crucial no processamento e transferência de dados. Essa abordagem permite compreender a complexidade do desenvolvimento e da integração dos sistemas computacionais, evidenciando a importância do design e da arquitetura para o desempenho global do computador.