Arquitetura de Computadores: Conceitos Fundamentais e Componentes

Arquitetura de Computadores

É o projeto conceitual e fundamental da estrutura operacional de um sistema computacional. Ela é o estudo dos requisitos necessários para que um computador funcione e de como organizar os diversos componentes para obter melhores desempenhos.

Modelo de Von Neumann

O modelo clássico é composto pelos seguintes elementos:

• Memória principal;
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA);
• Unidade de Controle (UC);
• Dispositivos de entrada e saída (periféricos).

Arquitetura de Harvard

Baseia-se na separação de barramentos das memórias de programa e de dados, permitindo que um processador possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a arquitetura anterior, pois pode buscar uma nova instrução enquanto executa outra.

Tipos de Fontes de Alimentação

• AT
• ATX
• ATX 12V versão 2.1
• ATX 12V versão 2.2

Relação entre Frequência Real (DDR e QDR) e Frequência Anunciada

A relação entre a frequência real dos processadores que utilizam as tecnologias DDR e QDR e a frequência informada pelos seus fabricantes é a seguinte:

• DDR (Ex: Athlon): O clock externo é configurado à metade do FSB.
• QDR (Ex: Pentium): O clock externo é configurado como ¼ do FSB anunciado.

Cooler

Utilizado para evitar o sobreaquecimento do processador.

O Processador (CPU)

O processador é o “cérebro” do computador. Ele é o responsável por processar os dados de entrada e fornecer resultados como saída. A lista de tarefas que um processador precisa executar é chamada de programa ou software. Pode ser dividido em três partes principais:

1. Unidade de Controle (UC);
2. Unidade Lógica e Aritmética (ULA);
3. Registradores.

Unidade de Controle (UC)

É responsável pela tarefa de controle das ações a serem realizadas pelo computador, comandando todos os outros componentes. A UC executa três ações básicas e pré-programadas pelo fabricante do processador:

• Busca (das instruções);
• Decodificação (das instruções);
• Execução (das instruções).

Unidade Lógica e Aritmética (ULA)

É um circuito digital que realiza operações lógicas e aritméticas. Entre as operações que executa, pode-se citar:

• Operações aritméticas (soma, subtração e divisão);
• Operações lógicas bit a bit (AND, OR, EX-OR);
• Operações de deslocamento de bits.

Registradores

São circuitos digitais capazes de armazenar e deslocar informações binárias, e são tipicamente usados como um dispositivo de armazenamento temporário. São o meio mais rápido e caro de se armazenar um dado.

Fatores que Influenciam o Desempenho de Processadores

• Frequência de operação interna;
• Frequência de operação externa;
• Frequência de operação da Cache de memória L2;
• Cache de memória L2: Memória pequena e rápida que pode estar localizada entre a memória principal e a CPU ou internamente à CPU.

Caches L1 e L2

A Cache L2 acelera os acessos à memória, e a Cache L1, por sua vez, acelera os acessos à Cache L2.

Clock Interno

É a velocidade do núcleo do processador. Está ligado à velocidade de execução de programas, ou seja, à rapidez com que o processador executa as instruções. Por exemplo, um processador de 3 GHz tem seu núcleo executando 3 bilhões de operações por segundo.

FSB (Front Side Bus)

É o barramento que faz a ligação entre os pinos do processador e os pinos da ponte norte do Chipset. O Chipset é um circuito integrado presente na placa-mãe que realiza a interface de comunicação do processador com as memórias, controladores, portas e outros barramentos. A frequência de operação do barramento FSB suportada pelo processador é chamada de clock externo.

Clock Externo

É responsável pela velocidade de acesso à memória e a outras partes do computador.

Regra Importante: A frequência de operação do FSB da placa-mãe deve ser igual ou maior que o clock externo do processador.