Hardware e computadores

Hardware e computadores

1. Processadores

   • Considerado o "cérebro" do computador, ele busca instruções da memória e as executa
   • Contador de programa
   • Ponteiro de pilha
   • Program Status Word (PSW)
   • CPUs mais atuais já têm a capacidade de realizar várias instruções de uma só vez
     • Pipelines
     • Superescalar
   • Modos
     • Usuário
       • Apenas um subconjunto das instruções é acessado
     • Núcleo
       • Acesso a todos os recursos do hardware
   • Chamada de sistema
     • Obter serviços do Sistema Operacional
       • TRAP
   • Chips, Multithread e multinúcleo
     • Multithread
       • É usado sempre que um programa tem que executar a mesma função (tarefa) várias vezes
     • Chips atuais de CPU têm múltiplos processadores completos ou núcleos nele
   • Graphics Processing Unit (GPU)
     • Processador com milhares de núcleos minúsculos

2. Memória

   • Necessita de extrema velocidade, tamanho e acessibilidade (utopia)
     • Hierarquia de camadas
       • Camada superior: Registradores internos à CPU, de mesma velocidade
         • Rápido acesso
       • Segunda camada: Memória cache
         • Controlada principalmente pelo hardware
         • Dividida em linhas de cache
           • Quando mais utilizada, mais próxima à CPU
       • Terceira camada: Memória principal
         • Random Acess Memory (RAM)
           • Armazena dados de programas enquanto o computador está ligado
         • Read Only Memory (ROM)
           • Memória inalterável já programada de fábrica

3. Discos

   • Quarta camada
   • Disco magnético (Disco Rígido)
   • Prato(s) Metálico(s) e um braço mecânico
     • Cada uma das cabeças do braço pode ler uma região circular chamada de trilha
       • Um conjunto de trilhas de uma dada posição do braço chama-se cilindro
   • Quantidade grande de dados que não é perdida quando a energia é desligada
   • Memória Virtual
     • Processo que executa programas colocando-os no disco e usando a memória principal como um tipo de cache para as partes mais intensivamente executadas
     • MMU é uma parte da CPU que é efetiva em gerenciar a memória virtual

4. Dispositivos de E/S

   • Controlador
     • Chip ou conjunto de chips que controla fisicamente o dispositivo
   • Dispositivo
     • SATA
     • Driver do dispositivo
       • O software que conversa com um controlador
       • Executado em modo núcleo
       • Posicionamento no núcleo
         • Religar o núcleo com o novo driver e reinicializar o sistema
         • Adicionar uma entrada em um arquivo do sistema e reinicializar o sistema
         • Capacitar o SO a aceitar novos drivers enquanto estiver sendo executado e instalá-lo

5. Barramentos

   • Interligação entre dispositivos e transmissão de informações
     • Desenvolvimento do Hardware requer barramentos mais potentes
   • Principal: PCIe
     • Arquitetura de barramento compartilhado
       • Múltiplos dispositivos usam os mesmos fios para transferir dados, necessitando de um árbitro quando múltiplos dispositivos tem dados para enviar
     • Arquitetura de barramento paralela
       • Poder enviar uma palavra de dados através de múltiplos fios
     • Arquitetura de barramento serial
       • Envia todos os bits em uma mensagem através de uma única conexão, chamada faixa
   • USB
     • Inventado com o objetivo de conectar todos os dispositivos de E/S lentos ao computador
   • SCSI
     • Barramento de alto desempenho voltado para discos rápidos e considerável que precisa de uma considerada largura de banda
   • Plug and Play
     • Saber quais dispositivos periféricos estão conectados ao computador e configurá-los