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Introdução ao Hardware

Parte 1: Conhecendo os Componentes

Como tudo funciona?

Para um leigo, um computador pode parecer uma máquina misteriosa, uma “caixa preta” onde de alguma forma mística são guardadas e processadas informações. Porém, de misterioso os computadores não têm nada. Tudo funciona de maneira ordenada, e até certo ponto simples. O objetivo deste capítulo inicial é dar uma visão geral sobre os componentes que formam um micro computador, e como tudo funciona. Mais para a frente, você conhecerá mais a fundo cada componente, aprenderá a montar e configurar micros padrão PC e a solucionar problemas de funcionamento, estando pronto para resolver seus próprios problemas, ajudar amigos, ou mesmo trabalhar na área de manutenção.

Sistema Binário

Existem duas maneiras de representar uma informação: analógicamente ou digitalmente. Uma música de um grupo qualquer, é gravada numa fita K-7 de forma analógica, codificada na forma de uma grande onda, que pode assumir um número ilimitado de freqüências. Um som grave seria representado por um ponto mais baixo da onda, enquanto um ponto mais alto representaria um som agudo. O problema com esta representação, é que qualquer interferência causa distorções no som. Se os computadores trabalhassem com dados analógicos, certamente seriam muito passíveis de erros, pois qualquer interferência, por mínima que fosse, causaria alterações nos dados processados e consequentemente nos resultados.

O sistema digital por sua vez, permite armazenar qualquer informação na forma de uma seqüência de valores positivos e negativos, ou seja, na forma de uns e zeros. O número 181 por exemplo, pode ser representado digitalmente como 10110101. Qualquer dado, seja um texto, uma imagem, um programa, ou qualquer outra coisa será processado e armazenado na forma de uma grande seqüência de uns e zeros. É justamente o uso do sistema binário que torna os computadores confiáveis, pois a possibilidade de um valor 1 ser alterado para um valor 0, o oposto, é muito pequena. Lidando com apenas dois valores diferentes, a velocidade de processamento também torna-se maior, devido à simplicidade dos cálculos.

Cada valor binário é chamado de “bit”, contração de “binary digit” ou “dígito binário”. Um conjunto de 8 bits forma um byte e um conjunto de 1024 bytes forma um Kilobyte (ou Kbyte). O número 1024 foi escolhido pois é a potência de 2 mais próxima de 1000. Um conjunto de 1024 Kbytes forma um Megabyte (1048576 bytes) e um conjunto de 1024 Megabytes forma um Gigabyte (1073741824 bytes). Os próximos múltiplos são o Terabyte (1024 Megabytes) e o Petabyte (1024 Terabytes) Também usamos os termos Kbit, Megabit e Gigabit, para representar conjuntos de 1024 bits. Como um byte corresponde a 8 bits, um Megabyte corresponde a 8 Megabits e assim por diante.

Medida Descrição

1 Bit = 1 ou 0 1 Byte = Um conjunto de 8 bits 1 Kbyte = 1024 bytes ou 8192 bits 1 Megabyte = 1024 Kbytes, 1.048.576 bytes ou 8.388.608 bits

:. Funcionamento Básico

A arquitetura básica de qualquer computador completo, seja um PC, um Machintosh ou um computador de grande porte, é formada por apenas 5 componentes básicos: processador, memória RAM, disco rígido, dispositivos de entrada e saída e softwares. O processador e o cérebro do sistema, encarregado de processar todas as informações. Porém, apesar de toda sua sofisticação, o processador não pode fazer nada sozinho. Para termos um computador funcional, precisamos de mais alguns componentes de apoio: memória, unidades de disco, dispositivos de entrada e saída e finalmente os programas a serem executados. A memória principal, ou memória RAM, é usada pelo processador para armazenar os dados que estão sendo processados, funcionando como uma espécie de mesa de trabalho. A quantidade de memória RAM disponível, determina quais atividades o processador poderá executar. Um engenheiro não pode desenhar a planta de um edifício sobre uma carteira de escola. Caso a quantidade de memória RAM disponível seja insuficiente, o computador não será capaz de rodar aplicativos mais complexos. O IBM PC original, lançado em 1981 por exemplo, possuía apenas 64 Kbytes de memória, e por isso era capaz de executar apenas programas muito simples, baseados em texto. Um micro mais moderno, possui pelo menos 32 Megabytes de memória, sendo capaz de executar programas complexos. A memória RAM é capaz de responder às solicitações do processador numa velocidade muito alta. Seria perfeita se não fossem dois problemas: o alto preço e o fato de ser volátil, ou seja, de perder todos os dados gravados quando desligamos o micro. Já que a memória RAM serve apenas como um rascunho, usamos um outro tipo de memória para guardar arquivos e programas: a memória de massa. O principal dispositivo de memória de massa é o disco rígido, onde ficam guardados programas e dados enquanto não estão em uso ou quando o micro é desligado. Disquetes e CD-ROMs também são ilustres representantes desta categoria de memória. Para compreender a diferença entra a memória RAM e a memória de massa, você pode imaginar uma lousa e uma estante cheia de livros com vários problemas a serem resolvidos. Depois de ler nos livros (memória de massa) os problemas a serem resolvidos, o processador usaria a lousa (a memória RAM) para resolvê-los. Assim que um problema é resolvido, o resultado é anotado no livro e a lousa é apagada para que um novo problema possa ser resolvido. Ambos os dispositivos são igualmente necessários. Os sistemas operacionais atuais, incluindo claro a família Windows, permitem usar o disco rígido para gravar dados caso a memória RAM se esgote, recurso chamado de memória virtual. Utilizando este recurso, mesmo que a memória RAM esteja completamente ocupada, o programa será executado, porém muito lentamente, devido à lentidão do disco rígido. Para permitir a comunicação entre o processador e os demais componentes do micro, assim como entre o micro e o usuário, temos os dispositivos de I/O “input/output” ou “entrada e saída”. Estes são os olhos, ouvidos e boca do processador, por onde ele recebe e transmite informações. Existem duas categorias de dispositivos de entrada e saída: A primeira é composta pelos dispositivos destinados a fazer a comunicação entre o usuário e o micro. Nesta categoria podemos enquadrar o teclado, mouse, microfone, etc. (para a entrada de dados), o monitor, impressoras, caixas de som, etc. (para a saída de dados).

A segunda categoria é destinada a fazer a comunicação entre o processador e os demais componentes internos do micro, como a memória RAM e o disco rígido. Os dispositivos que fazem parte desta categoria estão dispostos basicamente na placa mãe, e incluem controladores de discos, controladores de memória, etc. Como toda máquina, um computador por mais avançado que seja, é “burro”, pois não é capaz de raciocinar ou fazer nada sozinho. Ele precisa ser orientado a cada passo. É justamente aí que entram os programas, ou softwares, que orientam o funcionamento dos componentes físicos do micro, fazendo com que ele execute as mais variadas tarefas, de jogos à cálculos científicos.

Os programas instalados determinam o que o micro “saberá” fazer. Se você quer ser um engenheiro, primeiro precisará ir a faculdade e aprender a profissão. Com um micro não é tão diferente assim, porém o “aprendizado” é não é feito através de uma faculdade, mas sim através da instalação de um programa de engenharia, como o AutoCAD. Se você quer que o seu micro seja capaz de desenhar, basta “ensiná-lo” através da instalação um programa de desenho, como o Corel Draw! e assim por diante. Toda a parte física do micro: processadores, memória, discos rígidos, monitores, enfim, tudo que se pode tocar, é chamada de hardware, enquanto os programas e arquivos armazenados são chamados de software. Existem dois tipos de programas, chamados de software de alto nível, e software de baixo nível. Estas designações não indicam o grau de sofisticação dos programas, mas sim o seu envolvimento com o Hardware. O processador não é capaz de entender nada além de linguagem de máquina, instruções relativamente simples, que ordenam a ele que execute operações matemáticas como soma e multiplicação, além de algumas outras tarefas, como leitura e escrita de dados, comparação, etc. Como é extremamente difícil e trabalhoso fazer com que o processador execute qualquer coisa escrevendo programas diretamente em linguagem de máquina, usamos pequenos programas, como o BIOS e os drivers de dispositivos do Windows para executar as tarefas mais básicas, funcionando como intermediários ou intérpretes entre os demais programas e o hardware. Estes programas são chamados de software de baixo nível. Todos os demais aplicativos, como processadores de texto, planilhas, jogos, etc. rodam sobre estes programas residentes, não precisando acessar diretamente ao hardware, sendo por isso chamados de software de alto nível.

Não podemos nos esquecer do próprio sistema operacional, que funciona como uma ponte entre o Hardware e o usuário, automatizando o uso do computador, e oferecendo uma base sólida apartir da qual os programas podem ser executados. Continuando com os exemplos anteriores, o sistema operacional poderia ser definido como a “personalidade” do micro. Um micro rodando o Linux por exemplo, dificilmente seria tão amigável e fácil de operar quanto um outro micro rodando o Windows 98 por exemplo. Por outro lado, este último dificilmente seria tão estável quanto um terceiro micro rodando o Windows 2000. As diferenças não param por aí: Os programas desenvolvidos para rodar sobre um determinado sistema operacional quase sempre são incompatíveis com outros. Uma versão do Corel Draw! desenvolvida para rodar sobre o Windows 98, jamais rodaria sobre o Linux, seria preciso desenvolver uma nova versão do programa. A interface dos vários sistemas operacionais também é diferente. No MS-DOS por exemplo, temos apenas um prompt de comando baseado em texto, enquanto no Windows temos uma interface gráfica baseada em janelas. Esta divisão visa facilitar o trabalho dos programadores, que podem se concentrar em desenvolver aplicativos cada vez mais complexos num espaço de tempo cada vez menor.

Fazer um programinha simples de controle de caixa em uma linguagem de baixo nível, como o C por exemplo, tomaria pelo menos um dia inteiro de trabalho de um programador. Um programa com as mesmas funções, feito em uma linguagem visual (ou de alto nível) como o Visual Basic ou Delphi, tomaria bem menos tempo, e ainda por cima teria uma interface gráfica muito mais bonita e amigável, já que muitas das funções usadas no programa já estariam prontas.

:. Arquiteturas

Nos primórdios da informática, nas décadas de 50, 60 e 70, vários fabricantes diferentes disputavam o mercado. Cada um desenvolvia seus próprios computadores, que eram incompatíveis entre sí, tanto a nível de hardware, quanto a nível de software. Apesar de executarem as mesmas operações básicas, praticamente tudo era diferente: os componentes de um não serviam em outro, os programas eram incompatíveis, e até mesmo as linguagens de programação eram diferentes. Porém, com a popularização dos microcomputadores era inevitável uma padronização. No início da década de 80, tínhamos basicamente apenas duas arquiteturas, ou “famílias” de computadores pessoais diferentes: O PC, desenvolvido pela IBM, e o Macintosh, desenvolvido pela Apple. Como era mais barato, o PC tornou-se mais popular, ficando o uso dos Macintoshs restrito a nichos onde suas características peculiares o tornam mais atraente, como a edição de imagens ou sons e editoração eletrônica. Como os micros PC possuem uma arquitetura aberta, ou seja, a possibilidade de vários fabricantes diferentes desenvolverem seus próprios componentes e padrões, temos uma lista enorme de componentes compatíveis entre sí. Podemos escolher entre várias marcas e modelos os componentes que melhor atendam nossas necessidades e montar nossa própria configuração. Também é possível melhorar posteriormente o micro montado, através de upgrades, trocando alguns componentes para melhorar seu desempenho. Mesmo micros de grife: IBM, Compact, Dell, etc. também são micros montados, já que quase todos os seus componentes são comprados de outros fabricantes. Temos por exemplo, um processador da Intel, um disco rígido da Quantum, uma placa mãe da Asus, memórias da Kingstone, CD-ROM e drive de disquetes da Mitsumi, um monitor da LG, e por aí vai :-)

:. Componentes

Agora que você já entendeu o que se passa dentro do gabinete de um PC, que tal se estudássemos a função dos seus principais componentes? Você já deve estar familiarizado com a função do processador. Atualmente encontramos no mercado vários processadores diferentes. Em ordem de evolução, podemos citar: o 486, o Pentium, o Pentium MMX, o K6, o K6-2, K6-3, o Pentium I e o Celeron, o Pentium I, Duron, Athlon e Pentium 4.Mais adiante você conhecerá melhor cada um deles.

Processador Pentium 4

Definimos o processador como o cérebro do micro. Pois bem, todo o cérebro precisa de um corpo, que é justamente a placa mãe. Ela traz todos os componentes que permitem ao processador comunicar-se com os demais periféricos, como discos rígidos, placas de vídeo, etc. Outra função da placa mãe é acomodar e alimentar eletricamente o processador. Cada processador precisa de uma placa mãe desenvolvida especialmente para ele, pois, devido à diferenças na sua arquitetura, os processadores possuem “necessidades” diferentes. Cada processador possui um número diferente de contatos, ou terminais,

opera usando uma voltagem diferente e precisa de um conjunto de circuitos de apoio desenvolvidos especialmente para ele. O próprio encaixe do processador muda de família para família. O Pentium I por exemplo utiliza o ‘Slot 1” que é parecido com o encaixe de um cartucho de video-game, enquanto o K6 e o Pentium comum, utilizam outro encaixe diferente, chamado de “Soquete 7”.

Apesar das diferenças, normalmente as placas mãe são desenvolvidas para serem compatíveis com mais de um processador. Uma placa mãe soquete 7 mais moderna por exemplo, quase sempre suportará desde um Pentium de 75 MHz até um K6-3 de 500 MHz, passando por processadores Pentium MMX, K6 e Cyrix 6x86. Uma placa Slot 1 moderna por sua vez, suporta processadores Pentium I, Celeron e Pentium II. Ao longo deste livro você aprenderá a descobrir quais processadores podem ser usados em cada modelo de placa mãe e como configurar a placa para cada processador a ser usado.

Mas a importância da placa mãe não para por aí. Ela determina quais componentes poderão ser usados no micro (e consequentemente as possibilidades de upgrade) e influencia diretamente na performance geral do equipamento. Com certeza, você não gostaria de gastar 200 ou 300 dólares numa placa de vídeo de última geração, só para descobrir logo depois que não poderá instalá-la pois a placa mãe do seu micro não possui um slot AGP.

Placa Mãe

Para poder trabalhar, o processador precisa também de memória RAM, que é vendida na forma de pequenas placas, chamadas de módulos de memória, que são encaixadas na placa mãe. Você ouvirá muito o termo “pente de memória” uma espécie de apelido, que surgiu por que os contatos metálicos dos módulos lembram um pouco os dentes de um pente.

Módulo de memória de 168 vias

Para o que o micro seja capaz de guardar programas e arquivos, precisamos também de um disco rígido, chamado também de HD (Hard Disk) ou Winchester, que é acomodado no gabinete e ligado à placa mãe através de um cabo.

Outro componente essencial é o gabinete, uma caixa de metal que acomoda e protege os frágeis componentes internos do micro. O gabinete traz também a fonte de alimentação, responsável por converter a corrente alternada da tomada (AC) para corrente contínua (DC) usada pela maioria dos componentes eletrônicos. A fonte também serve para atenuar pequenas variações de tensão, protegendo o equipamento.

A placa mãe, o processador e os módulos de memória, são os três componentes básicos do micro. Porém, por enquanto temos um equipamento incapaz de receber ou transmitir informações. Precisamos agora adicionar “sentidos” na forma de mais componentes. Os essenciais são a placa de vídeo, que permite que o micro possa gerar imagens a serem mostradas no monitor, teclado e mouse que permitem ao usuário operar o micro. Outros componentes permitem ampliar os recursos do micro, mas podem ser definidos como opcionais, já que o computador pode funcionar sem eles: O CD-ROM permite que o micro leia CDs com jogos ou programas. Caso o micro possua também uma placa de som, você poderá ouvir também CDs de música. Existem também os drives de DVD, que além de lerem CDs normais, lêem DVDs de programas ou filmes.

A placa de som permite que o micro gere som, tocados por um par de caixas acústicas. A placa de som também traz entrada para um microfone e para um joystick. Junto com um drive de CD-ROM, a placa de som forma o chamado Kit multimídia. O Fax-Modem permite a comunicação entre dois computadores usando um linha telefônica. Ele permite a recepção e transmissão de faxes e o acesso à Internet. Temos também o drive de disquetes, que apesar de ser um componente de baixa tecnologia, ainda é necessário, pois os disquetes ainda são muito usados para transportar dados.

Além destes temos uma gama enorme de acessórios: Impressoras, Scanners (que permitem digitalizar imagens), câmeras fotográficas digitais (que ao invés de usarem negativos geram imagens digitais), câmeras de vídeo conferência, placas de captura de vídeo e muitos outros.

:. Questionário

Agora que terminou de ler o texto, tente responder as perguntas abaixo. Caso não saiba alguma, tente encontrar a resposta no texto. Não passe para a próxima página antes de conseguir resolver todas. Lembre-se esta é apenas a primeira parte do curso, é importante domina-la para poder seguir adiante:

1- Uma certa placa de rede transmite dados a 100 Megabits por segundo. A quantos megabytes isto corresponde?

2- Acabaram de instalar o acesso via cabo na sua casa. Para testar, você resolve fazer um download de um arquivo de 80 megabytes. Se a sua conexão é de 256 kbits, e presumindo que a conexão esteja boa, quanto tempo demorará para baixar o arquivo?

3- O Windows, assim como todos os outros sistemas modernos, passa a utilizar o disco rígido sempre que a memória RAM se esgota, isto é chamado de memória virtual. Já que é assim, por que não poderíamos simplesmente dispensar a memória RAM e passar a utilizar apenas o disco rígido? Justifique a sua resposta.

5- Qual é a diferença entre um "módulo de memória e um "pente de memória"?

9- Seria possível instalar um processador Pentium I numa placa para Athlon? Por que?

10- Alguns componentes do PC são chamados de "essenciais", simplesmente por que o PC não poderia funcionar sem um deles, o processador por exemplo. Outros são chamados de acessórios, pois apesar de serem úteis, o PC poderia funcionar sem eles. Indique na lista abaixo, quais componentes poderiam ser classificados como "essenciais" e quais poderiam ser classificados como "acessórios":

Memória RAM CD-ROM Placa mãe Placa de Rede

Fonte Modem Caixas acústicas Modem ADSL

Parte 2: Conhecendo os Processadores

:. Processadores, parte 1

Vimos na página anterior que o processador é o principal componente de um computador, mas que para termos um micro funcional precisamos também de memória RAM (para armazenar os dados que estão sendo processados), um disco rígido (para armazenar os programas e arquivos), placa de vídeo e monitor (para criar um meio de comunicação com o usuário), e finalmente da placa mãe, que contém os componentes que permitem ao processador comunicar-se com todos estes periféricos.

Caso apenas um desses componentes ofereça uma performance baixa, o desempenho do micro ficará seriamente prejudicado, independentemente de quão rápido seja o processador. Não adianta colocar um motor de Ferrari em um Fusca. Um mero K6-2 ou Pentium MMX com bastante memória RAM, um HD Rápido e uma boa placa de vídeo, pode até mesmo bater em performance um Pentium I com um conjunto fraco.

Este é o tópico mais longo do curso, afinal, além de serem os principais componentes dos PCs modernos, os processadores são os que mais evoluíram ao longo do tempo. Para facilitar, este tópico será dividido em duas partes.

:. Características Básicas

Existem no mercado diversos processadores, cada um com recursos e preços diferentes. Determinar qual processador é a melhor opção de compra em cada caso, é uma tarefa difícil, pois um processador que é adequado a uma determinada aplicação, pode ser muito ruim em outra. Quando vamos comprar um processador, a primeira coisa que perguntamos é qual sua frequência de operação, ou sua velocidade, medida em Megahertz (MHz) ou milhões de ciclos por segundo. Acontece, que nem sempre um processador com uma velocidade de operação mais alta é mais rápido do que outro que opera a uma frequência um pouco mais baixa: a frequência de operação de um processador indica apenas quantas operações são executadas por segundo, o que ele é capaz de fazer em cada operação já é outra história. Imagine um processador 486 de 100 MHz, ao lado de um Pentium também de 100 MHz. Apesar da frequência de operação ser a mesma, o 486 perderia feio em desempenho. Na prática, o Pentium seria pelo menos 2 vezes mais rápido. Isto acontece devido à diferenças na arquitetura dos processadores e também no coprocessador aritmético e cache.

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