Informática - Aula 3 - Computadores: hardware

[Música] bem vindos a mais um encontro de informática o nosso encontro de hoje nós vamos falar sobre o hardware que é o conjunto de circuitos eletrônicos que compõem o computador nós falamos em circuitos eletrônicos o que nós temos essencialmente é um conjunto de dispositivos que se combinam para realizar alguma função aqui por exemplo nós temos dispositivos passivos que são os resistores r1 r2 capacitores um conjunto de semicondutores que são os de outros e transistores nesse arranjo nessa combinação esse circuito eletrônico é um amplificador de áudio também um sinal de entrada está aqui embaixo pequenininho e

na saída tenho esse mesmo sinal amplificado aqui tem uma realização de circuito essencialmente é isso que nós entendemos um circuito eletrônico no entanto quando nós falamos em computadores não é esse tipo de circuito que nós temos lá dentro é essencialmente uma pequena diferença que existe logo de cara é que computadores são circuitos digitais nós já falamos que toda informação é representada por bits zeros e uns no computador os bilhetes são associados há sinais de voltagem um nível alto seria um em nível baixo teria 10 e apenas trabalha voltagem nestes dois níveis uns exerce essencialmente o

circuito é muito parecido com o outro também dispositivos resistores e transistores que vão realizar alguma função nesse caso aqui a função é de inverter o sinal de entrada onde estava um na saída fica 0 com a entrada vai para zero a saída vai pra um e essencialmente nós temos uma realização um apresentado ali de circuito que faz exatamente o que está colocado aqui no entanto quando nós abrimos o computador a gente não vê aqueles dispositivos montados daquele jeito porque não porque o computador ele combina essas funções em circuitos muito integrados que são os circuitos que

estão dentro dessa placa nós até vemos alguns dispositivos estamos com os capacitores alguns gestores mas o circuito como todo tá encapsulado dentro dos circuitos integrados que a gente vê aqui nessas placas vamos focar em duas peças principais que nós já conhecemos de outros encontros aqui no caso nós temos o processador e nós temos a memória e nós vimos que o processador e memória disfunção num ciclo onde o processador recebe instruções da memória recebe dados de entrada e produtos por meio de alguma execução um dado de saída que é armazenado novamente na memória vamos ver que

circuitos estão envolvidos por trás desses dois componentes vamos iniciar com a memória a memória essencialmente ela tem dispositivos internos que são os capacitores associados a esses gestores que armazena alguma informação esse tipo de memória particularmente a uma memória dinâmica dinâmica porque ela pede a informação ela tem que de tempos em tempos refrescar a informação realimentar a informação para que ela seja mantida por longos períodos de tempo mas o importante aqui não entendeu circuito exatamente mas vê como que a informação é armazenada e lida na memória então nós temos aqui sinais de seleção um dizer que

a operação que nós queremos fazer com relação à recebi ti e o dado entrada ea saída essencialmente é isso que nós precisamos entender da memória aqui nós temos um bit armazenar dessa forma que pode ser selecionado escrito e lido similarmente aqui ou uma outra organização de memória no caso a memória estática que ela é mais rápida porque não precisa ser refrescado a informação é permanente e nós temos essencialmente um mesmo tipo de interface o mesmo tipo de interação nós temos um local pra escrever local para ler e uma entrada de seleção dessa célula desse beach

mas quando nós pegamos uma placa de memória nós não temos essa esse arranjo de transistores lá dentro isso porque nós não temos porque os circuitos estão integrados estão combinados dentro do chip e isso já vem de um longo período então aqui por exemplo você usar uma memória de 50 anos atrás quase que foi a primeira memória ram e circuito integrado dentro dessa chip avião 64 bits 64 daqueles arranjos para armazenar informação e aí nós temos essencialmente a configuração que nós temos até hoje nas memórias nos chips de memória essencialmente nós temos uma série de bits

que vão determinar qual beach lá dentro eu quero pegar que são os beats de endereço e nós temos as linhas de dados que vão permitir você fazer a escrita ou a leitura do beach e nós temos um sinalzinho que vai dizer se eu quero fazer a escrita ou a leitura naquele chip isso aqui é uma organização muito básica muito pequena hoje em dia nós temos chips de memórias com muito mais bits mas essencialmente a organização é a mesma você vai ter bicho endereço visitado e seleção da operação que você quer fazer com isso voltando àquele

nosso diagrama na interação entre o processador e memória nós temos que colocar aqui um elemento a mais que é exatamente esse elemento do endereço a partir do processador que vai dizer em qual posição dentro daquele arranjo de memória eu quero pegar o bicho eu vou ler tanto para construção quanto para os dados ou que eu vou escrever na hora de armazenar o resultado e como que o computador vai saber o professor vai saber ali né qual o endereço que tem que pegar e que horas ele vai ter que pegar a operação dos dados aí ele

vai executar esse ciclo de instrução estão eternamente desde o momento que o computador é ligado até o momento em que ele é desligado ele vai ficar executando essa seqüência de paz então sempre ele vai começar buscando a instrução depois ele recebe solução faz uma decodificação de instrução para saber o que ele tem que fazer executa a instrução e armazena o resultado e procede busca próxima instrução decodifica executa armazena busca identifica executa macena e assim a de terno vamos olhar cada um desses passos um pouco mais em detalhe para entender o que está por trás desses

circuitos por trás da operação de busca da instrução nós temos uma posição que o computador tem que saber onde ele vai pegar a instrução de qual é a posição de memória ele vai ter que trazer e aí nós temos uma pequena área dentro do processador que é o contador de programa que vai ter o endereço da instrução que vai ser buscado na próxima geração estão sempre na hora de buscar a instrução o processador vai lá nesse computador do programa pega interesse ativa a memória pega instrução e traz a instrução para o processador isso encerra o

ciclo de busca da solução uma vez que a instrução esteja no processador a nossa seqüência de zeros e uns que representa a instrução o próximo passo é a decodificação da instrução que essencialmente vai olhar esses bits e a partir disso entender qual é a seqüência de passos que deve ser executada para que aquela instrução seja executado quem vai determinar isso ler os beats e executar essa sequência de paz em um conjunto de circuitos dentro do processador que a chamada unidade de controle ontem várias formas de implementar essa unidade de controle mas essencialmente que ela faz

é olhar a instrução ea partir disso geral sinais para a seqüência de passos que vai ser executada pela instrução o próximo passo é a execução da construção propriamente dita agora o processador já tem a informação de qual é a solução qual seqüência aos que têm que ser executada é só fazer a instrução para isso talvez seja neste momento que dependendo da instrução o processador vai ter que fazer de dados na memória então por exemplo a instrução é uma solução de soma de dois valores inteiros eu voltei e armazenagem resultado depois a onde eu vou pegar

esses valores inteiros a instrução que vai dizer talvez será o endereço de memória que o processador vai ter que colocar o endereço do dado no barramento pegar a sua palavra de dados da memória trazer para o processador fazemos a coisa com segundo operando e trazer para o processador aí voltei esses dados aí vou dizer agora pega esses dados e coloca aqui nessa unidade de execução que é a unidade que vai fazer a soma propriamente dita ou a multiplicação a divisão com a subtração seja qual for a operação que foi executado na unidade execução que vai

fazer isso tendo resultado o próximo passo é armazenar o resultado se o resultado é armazenada e preparar para que no próximo ciclo o processador pega a solução correta ea forma de fazer isso é reajustando o valor do contador de programa antigamente havia muitas formas fazer isso houve uma época por exemplo que toda essa instrução ao final dela tinha o endereço da próxima instrução mas como na maior parte das vezes essa próxima instrução era a seguinte maior parte dos processadores modernos trabalha com um incremento automático desse contador do programa exceto nas instruções que têm que fazer

um desvio para outro endereço feito isso contador do programa vai ter o endereço da próxima instrução ele pode recomeçar o ciclo fazendo a busca da próxima seleção então nós vimos o que deve ser feito por esses circuitos vamos olhar agora em pouco da noção ter uma noção não muito aprofundada de como esses recursos são implementados toda a execução é feita por meio de operações lógicas operações lógicas são aquelas que trabalham com os beats zeros e uns e os circuitos que implementam estas operações lógicas são as portas lógicas então nós já vimos uma agora há pouco

que invertia o sinal e aquele é um tipo de porta esse é um outro circuito também vai fazer uma outra operação lógica que no caso a operação dê nem di é tão quando uma das entradas têm um nível baixo a saída tem um nível alto mas o nós como eu falei nós não vemos essa esse tipo de arranjo dentro do computador quando se abre a tampa do gabinete porque não vemos porque essas portas estão integradas dentro de chips houve uma época em que o nível de integração a quantidade de transistores que podiam ser colocados dentro

do chip era relativamente pequena então aqui está falando de 50 anos atrás então nós temos por exemplo aqui quatro portas dentro de um chip foi aí que começaram a surgir os primeiros minicomputadores já é um avanço em relação até que fazer essas operações usando os transistores e resistores com o avanço do nível de integração essencialmente o que nós passamos a ter fé é as operações que envolveram várias portas lógicas um pouco mais complexas também passarão a ser integradas aqui por exemplo é uma um arranjo que faz a soma de dois bits a e b e

mais um bicho de de valium do nível anterior que produziu uma soma eo vaiou e essa operação também passou a ser incorporada dentro do chip partir de uma certa época então não só com as lojas mas arranjos com um pouco mais de complexidade foram sendo é colocado dentro de um chip nesse caso aqui é um sonhador de 4 bits e com a evolução um pouco mais adiante a própria unidade lógica aritmética inteira com o formador sobre trator o deslocamento ou várias operações passou a ser colocada dentro de um chip mas se nós olharmos a qualquer

que seja o computador desde a época que os primeiros processadores surgiram até hoje que nós temos essencialmente é o mesmo arranja são todos esses processadores bom ter o nosso contador de programa para dizer qual é a solução que vai ser executada no local para gravar as receberam a instrução na memória uma unidade de controle para gerar os sinais a partir da construção de uma unidade de execução que tenham um espaço de armazenamento associados que são os registradores então desde o primeiro processador de 4 bits com 4.004 lado da década de 70 até os processadores atuais

todos eles têm essencialmente esse mesmo arranjo essa mesma organização que mudou essencialmente foi a quantidade de transistores que você consegue colocar dentro de um chip um processador então nós temos aqui uma pequena curva que mostra como essa esse número de transistores vem crescendo praticamente dobrando a cada três a cada 18 meses né é desde a década de 70 então essa chamada lei de burke foi o primeiro que estabeleceu esse crescimento contínuo então se lá na década de 70 com 4.004 nós se usa um pouco mais de 2.000 transistores em um chip hoje nós estamos aí

né com 1 bilhão ou mais 2 5 bilhões os mais atuais ali e transistores em um chip no entanto a organização interna é sempre o mesmo praticamente tão em síntese o que nós temos é que a organização interna essa arquitetura esse arranjo de componentes dentro de um processador não tem variado muito ao longo do tempo nós temos as mesmas unidades o tempo todo é o contador do programa registrador instrução um dado de controle a unidade de execução ou nas lojas a equipe médica e os registradores de armazenamento são essencialmente esses são os elementos dentro de

um processador mas o que tem evoluído nos processadores é a quantidade transistores que você consegue colocar dentro do chip aumentando aí a complexidade e o poder dessas unidades internas que cada processador tem espero que tenha sido esclarecedor e obrigado pela atenção até a próxima [Música]