Funcionamento Básico de um Computador

Computador e microcomputador são máquinas eletrônicas capazes de processar dados.

O computador de grande porte (main frame) utiliza um ou mais processadores. O computador de pequeno porte (microcomputador) utiliza um ou mais microprocessadores.

No esquema acima, chamarmos de entrada o meio de inserir informações no computador. Chamaremos de Saída o um meio que o computador possui para apresentar informações já processadas ao usuário. CPU é, basicamente, o processador ou microprocessador. Memória é um meio qualquer para armazenar dados, mesmo que temporariamente. As linhas vermelhas com setas representam as linhas de controle de dados e as linhas pretas com setas representam as linhas de transmissão de dados.

As linhas de controle de dados possibilitam que os dispositivos de entrada/saída possam coordenar com a CPU a troca de dados entre o dispositivo em questão e a memória. As linhas de transmissão de dados permitem a passagem de informações nos ramos dispositivo de entrada-memória-dispositivo de entrada, dispositivo de saída-memória-dispositivo de saída e CPU-memória-CPU.

Quando um dispositivo de entrada é acionado, a informação que a ele chega vai para a memória, sob coordenação da CPU que, por sua vez, processa tal informação por partes. Após o processamento, um ou mais dispositivos de saída recebem os resultados. A CPU possui a capacidade de controle e trabalho; é como um gerente. A memória por sua vez é a área de trabalho da CPU; é como de fosse o seu caderno de anotações, onde são anotados os números que deverão ser somados, multiplicados, subtraídos ou divididos. Se eu lhe dissesse o seguinte: pegue o número 1, some 17, divida por 2, subtraia 3, multiplique por 5, subtraia 10 e divida por 4. Você seria capaz de realizar tal operação, se eu lhe ditasse rapidamente, sem a ajuda de um caderno ? Esse caderno é a sua memória.

São dispositivos de entrada (símbolo E, de entrada, ou I, de input): o teclado, o mouse, o joystick, o scanner, o CD-ROM e o microfone.

São dispositivos de saída (símbolo S, de saída, ou O, de output): o monitor de vídeo, a impressora e as caixas de som.

São dispositivos de entrada e saída (E/S ou I/O): Os drives, o HD, o modem e o CD-R.

Cabe ainda ressaltar que a memória pode ser do tipo principal (RAM) ou auxiliar (geralmente o Hard Disk). Na frente você encontrará mais tópicos que falam sobre o assunto.

Bit (b) - é menor informação que um computador pode processar. Corresponde a um pulso elétrico. Se existe, tem valor 1 e, se não existe, tem valor 0. Isto forma o código binário (0-1). Por ser muito pequeno, não é utilizado para medir memória. No entanto, é a unidade de medida da capacidade de processamento dos computadores.

A capacidade de processamento de um computador consiste na quantidade de bits que este pode processar ao mesmo tempo, dentro do microprocessador (capacidade interna) ou entre o microprocessador e a memória (capacidade externa). Não deve ser confundida com velocidade de processamento, ou seja, o clock. Contudo, a capacidade de processamento é um dos fatores de velocidade do micro, como um todo.

Veja no quadro abaixo as capacidades de processamento dos diversos processadores:

Microprocessador	Ano de Fabricação	Capacidade Interna	Capacidade Externa
8080	1974	8 bits	8 bits
8086	1978	16 bits	16 bits
8088	1978	16 bits	8 bits
80286	1984	16 bits	16 bits
80386 DX	1985	32 bits	32 bits
80386 SX	1988	32 bits	16 bits
80486 DX e SX	1989	32 bits	32 bits
80486 DLC/SLC	1990	32 bits	16 bits
Pentium	1993	32 bits	64 bits
80586	1994	32 bits	32 bits
Pentium II	1997	32 bits	64 bits
Pentium III	1999	32 bits	64 bits

Quando falamos que um computador é de 32 bits, queremos dizer que a sua capacidade interna de processamento é de 32 bits, ou seja, que o processador desse computador tem a propriedade de processar 32 sinais ao mesmo tempo. Alguns afirmam erroneamente que num computador de 32 bits um byte tem 32 bits. ERRADO ! Um byte sempre terá 8 bits. Em conseqüência, um computador de 32 bits tem a capacidade de processar 4 bytes ao mesmo tempo. A isso chamamos de palavra. 4 bytes é o tamanho da palavra desse computador.

Sei que uma pergunta deve ter ficado no ar: porque, segundo a tabela acima, após o lançamento de um determinado processador, foi lançado outro com menor capacidade de processamento ? Fácil de responder. Barateamento de custos. Quem produz um processador de 32 bits produz, com muito mais facilidade (e mais barato), um de 16 bits, por exemplo. Isso faz com que os preços sejam mais acessíveis a determinada faixa de usuários.

Além disso, podemos constatar as seguintes diferenças entre os microprocessadores acima citados:

Clock de um computador é um pulso eletrônico gerado periodicamente por um oscilador, geralmente de cristal, usado para sincronizar o funcionamento dos diversos dispositivos e placas do sistema. Trocando em miúdos, é a velocidade de funcionamento geral do sistema.. Geralmente é medido em MHz (1 Hz = 1 ciclo/seg | 1 KHz = 1 000 Hz | 1 MHz = 1 000 KHz = 1 000 000 Hz).

Existem dois tipos de clocks: o clock interno e o clock externo. O clock interno é aquele que regula a freqüência de trabalho do microprocessador; o clock externo regula a freqüência da placa mãe e dos periféricos. Até o momento, ainda não foi possível fazer com que uma placa mãe funcionasse corretamente com um clock superior a 100 MHz. Isso fez com que, em determinado momento da história, o processador e a placa mãe viessem a funcionar em velocidades diferentes. Na verdade, o clock interno é o resultado da multiplicação do clock externo por um fator.

O exemplo mais evidente de clock interno e externo foi o lançamento do 486 DX2 50. Porque DX2 ? Porque tinha um clock interno de 50 MHz e um externo de 25 MHz. Ou melhor: clock externo 25 MHz, multiplicado pelo fator 2, resultando em 50 MHz internos. Mas nem sempre a coisa é assim. Houve um certo fabricante, que chamaremos de X que desenvolveu o 486 DX4 100. Clock interno de 100 MHz e clock externo de 25 MHz. Um outro determinado fabricante, o Y, anunciou que iria lançar um 486 DX4 100 mais rápido do que o lançado pelo X. Por incrível que pareça ele conseguiu. Tempos depois descobriu-se que, na verdade, o fabricante Y desenvolveu um não um DX4 100 e sim um DX3 100. Clock externo de 33 MHz, processamento externo mais rápido.

_____Abaixo veremos uma tabela que mostra os diversos tipos de microprocessadores e seus clocks:

Microproc.	Clock interno (MHz)	Clock externo (MHz)	Fatores
8086	4.77, 8 e 10	4.77, 8 e 10	1
8088	4.77, 7.16, 8, 10 e 12	4.77, 7.16, 8, 10 e 12	1
80286	16, 20 e 25	16, 20 e 25	1
80386 SX	16, 20, 25, 33 e 40	16, 20, 25, 33 e 40	1
80386 DX	25, 33 e 40	25, 33 e 40	1
80486 DLC/SLC	25, 33 e 40	25, 33 e 40	1
80486 SX	25, 33 e 40	25, 33 e 40	1
80486 DX	25, 33, 40 e 50	25, 33, 40 e 50	1
80486 DX2	50, 66 e 80	25, 33 e 40	2
80486 DX4-75	75	18.75, 25, 30 e 37.5	2, 2.5, 3 e 4
80486 DX4-100	100	25, 33, 40 e 50	2, 2.5, 3 e 4
80486 DX4-120	120	40	3
Pentium	75	50	1.5
Pentium	90, 120, 150 e 180	60	1.5, 2, 2.5 e 3
Pentium	100, 133, 166 e 200	66	1.5, 2, 2.5 e 3
Pentium	233	66	3.5
80586	120	40	3
80586	100 e 133	33	3 e 4

Obs: os dados acima podem variar em função do fabricante do processador, da placa mãe e do próprio avanço da tecnologia. Consulte o manual da placa-mãe e do processador.

_____Sem memória não há computador. Este é um fato que já foi evidente no item 1. desta página. Agora veremos mais a fundo a idéia sobre memória.

_____Em primeiro lugar, vamos rever o esquema de funcionamento de um computador:

_____Como já falamos, as informações que entram no computador são armazenadas na memória. Momentos depois, a informação segue por partes à CPU para ser processada, podendo seguir para um dispositivo de saída ou retornar para a memória. Veja a importância dessa memória. Dizemos que a CPU faz uma troca dinâmica com a memória. E o que se entende por memória ? Simples: é qualquer modo de armazenamento de dados.

_____A memória DRAM (Dynamic RAM) é a memória mais conhecida no computador. Muitas vezes, quando dizemos que o nosso computador tem 16 ou 32 MB de memória ou de RAM, na verdade estamos nos referindo à DRAM. A DRAM é uma memória relativamente rápida e que tem o objetivo de armazenar o maior volume de dados na troca dinâmica CPU-Memória.

_____A memória SRAM (Static RAM), também conhecida como cache, é uma memória bem mais rápida do que a DRAM. Na verdade, ela está antes da DRAM, no caminho CPU-Memória, com o objetivo de absorver rapidamente as informações fornecidas pela CPU e transferi-las para a DRAM. Isso faz com que a CPU fique "livre" mais rapidamente. Tal memória localiza-se na placa mãe (cache externo). Os processadores 486, 586 e Pentium possuem uma pequena quantidade de memória cache internamente, dentro do próprio chip. Isso aumenta mais ainda a velocidade de troca de informações. Abaixo vemos um quadro que mostra a quantidade de memória SRAM que cada tipo de sistema possui:

Microprocessador	Cache interno	Cache externo*
80386 DX	não possui	8, 16, 32, 64 ou 128 KB
80486 SLC/DLC	1 KB	128 ou 256KB
80486 DX/DX2/SX	8 KB	128 ou 256 KB
80486 DX4	8 ou 16 KB	128 ou 256 KB
Pentium	16 KB	256 ou 512 KB
80586	16 KB	128, 256 ou 512 KB
Pentium II	32 KB	128, 256 ou 512 KB

_____Sei que você deve estar se perguntando: Por que não usar somente SRAM, já que ela é bem mais rápida ? Simples: porque ela é cerca de 10 a 15 vezes mais cara. Imagine que com o valor de 3 MB SRAM você pode comprar cerca de 32 MB DRAM. Explicado ?

_____E o HD ? Durante o processamento, é o último argumento. Utilizado quando não há mais RAM (DRAM e SRAM).

_____O armazenamento de dados ocorre, de acordo com a figura acima, da seguinte maneira:

_____Cabe ressaltar que a SRAM somente serve como passagem rápida de dados. Ela agiliza o sistema, mas não armazena por grandes períodos, como a DRAM e o HD.

_____Nesse processo o HD é utilizado para auxiliar a memória DRAM. Imagine que você precisa cozinhar 1 kg de feijão e só dispõe de uma panela de ½ kg e um tabuleiro. Com base nisso, cozinharíamos o feijão por um sistema de trocas entre a panela e o tabuleiro. Colocaríamos ½ kg de feijão na panela para cozinhar. Depois de cozido, o depejaríamos no tabuleiro e cozinharíamos mais ½ kg. No final deste segundo cozimento, o primeiro ½ kg já estaria frio, necessitando ser esquentado. Pronto. Neste exemplo, a panela representa a DRAM, e o tabuleiro, o HD. O processo é lento ? Sim. Se cozinhássemos o feijão de uma só vez, gastaríamos menos da metade do tempo. Para isso, ou compramos uma panela maior ou aumentamos o tamanho da DRAM. Conclusão: memória também é velocidade. Como exemplo, posso citar uma situação ocorrida comigo. Há alguns anos atrás, quando utilizava o Corel Draw 5.0 no meu antigo 486 DX2 66, com 8 MB DRAM, notei que durante uma determinada operação o meu HD piscava incessantemente. O tempo total da referida operação era de cerca de 1 min e 40 seg. Tempos depois, ao adicionar mais 8 MB, notei que ao realizar a mesma operação o HD sequer piscava e o tempo de processamento caira para 25 seg. Foi impressionante !

_____Qual é o computador mais rápido ? Um de 40 MHz ou um de 50 MHz ? Você deve ter respondido 50 MHz, certo ? ERRADO. Depende de muitos fatores. Digamos que você tenha que transportar 20 pessoas. O que é mais rápido: levar de 5 em 5 num automóvel a 100 Km/h ou levar as 20 num caminhão a 70 Km/h ? Logicamente que a segunda opção é a mais rápida. Imagine os seguintes computadores:

_____No caso acima, o que é mais rápido ? Processar de 8 em 8 bits a 50 MHz ou de 32 em 32 a 40 MHz ? Eu fico com a segunda opção.

_____Sendo assim, podemos afirmar que a velocidade de um computador depende, principalmente, dos fatores abaixo:

_____A linha PC é uma grande família de computadores. Ao logo do tempo, processadores foram desenvolvidos para essa linha de microcomputadores. Tais processadores foram separados nos seguintes grupos:

_____Barramento, também conhecido como Bus, é o conjunto de fios (na verdade, linhas metálicas impressas na placa mãe) que conduz informações entre a CPU e as diversas placas, memórias e periféricos. O bus se caracteriza pela velocidade de transferência de dados (em MHz) e pela capacidade de transferência (em bits), que juntos irão produzir a taxa de transferência.

_____Velocidade de transferência dados é o número de vezes que um sistema consegue realizar a transferência de dados no tempo de 1 segundo. Atualmente é medida em MHz (1 MHz = 1 milhão de vezes por segundo).

_____Capacidade de transferência de dados é a quantidade de informações que um sistema consegue transferir de uma só vez. É medida em bits.

_____Taxa de transferência de dados é o resultado da multiplicação da velocidade de transferência pela capacidade de transferência. Veja o seguinte exemplo:

_____O Barramento Local (ou Local Bus) é o barramento mais importante do computador, pois estabelece a comunicação entre o processador (CPU) e as memórias SRAM e DRAM. Novamente, CPU e memória totalmente integrados, fazendo troca dinâmica.

_____Durante a história do PC, vários padrões de barramentos foram criados. Por vários motivos, alguns não alcançaram o sucesso. Com isso, os seguintes barramentos conseguiram atravessar os tempos e atualmente são adotados:

Barramento	Criado para o processador	Utilizado com os processadores
ISA XT	8086	Todos
ISA AT	80286	80286 e superiores
VLB	80486 DX	80486 DX e superiores
PCI	Pentium	Pentium e superiores

_____Cabe ressaltar ainda que os barramentos anteriormente citados possuem as seguintes características:

Barramento	Capacidade de transferência	Velocidade de transferência	Taxa de transferência
ISA XT	8 bits	8 MHz	8 MB/s
ISA AT	16 bits	8 MHz	8 MB/s*
VLB	32 bits	Clock externo da CPU (Local Bus)	4 x Clock externo
PCI	64 bits	33 MHz	132 MB/s

Obs: você pode ter achado estranho o barramento ISA AT possuir 8 MB/s de taxa de transferência, ao invés de 16. O problema é que ele necessita de 2 ciclos de clock para realizar a operação. O mesmo acontece com o barramento PCI.

_____Vamos visualizar, fisicamente, os barramentos ISA XT, ISA AT, VLB e PCI. Abaixo, vemos os barramentos das placas de expansão, com 50% do tamanho original (Quando vistas em vídeo 640x480) :

Por fim, vamos visualizar, em tamanho natural (Quando vistas em vídeo 640x480), um slot PCI, que recebe placas com barramento padrão PCI:

_____Ao logo do tempo, vários tipos de memórias DRAM foram desenvolvidos. Cada vez mais busca-se o aumento de performance e o acompanhamento dos processadores. Veremos nos itens a seguir como são as características dos principais tipos de memória DRAM existentes no mercado.

_____As memórias utilizadas nos computadores são chips montados sobre pequenas placas que são encaixadas na placa-mãe. Denominamos essas placas receptoras de chips de módulos de memória.

_____O número de vias de um módulo é a quantidade de conexões que ela possui para poder se comunicar com o processador. As vias são as extremidades, geralmente banhadas a ouro, das placas de memória, como mostramos abaixo.

A tabela abaixo mostra, em tamanho real (Quando vistas em vídeo 640x480), os módulos atualmente existentes:

30 vias

(SIMM 30)

72 vias

(SIMM 72)

168 vias

(DIMM 168)

Módulo	Processador
SIMM 30	80286, 80386 e 80486
SIMM 72	80486 e Pentium
DIMM 168	Pentium e Pentium II

_____Similar à capacidade de processamento dos processadores, os módulos de memória possuem uma capacidade de comunicação. Essa capacidade se resume na quantidade de bits que cada tipo de módulo pode transmitir ou receber ao mesmo tempo. Tal capacidade se resume na tabela abaixo:

_____Como você pode ver acima, cada módulo possui uma capacidade diferente. Isso quer dizer que um processador Pentium, que possui capacidade de processamento externa de 64 bits, necessita de 2 módulos SIMM 72 (32 bits cada) para funcionar. Por quê isso ? Como já vimos acima, o processador executa uma troca dinâmica de informações com a memória. Se ele consegue de uma só vez enviar 64 bits para as memória, elas também deverão receber de uma só vez 64 bits. Assim, ou usamos 4 módulos de 30 vias, ou 2 de 72 ou 1 de 168. Os slots da placa-mãe que recebem esse conjunto de memórias são denominados banco.

_____Um banco de memórias contém a quantidade mínima de módulos para receber as informações do processador. Abaixo, vemos as características dos bancos, de acordo com os processadores:

Processador	Capacidade	Arquitetura dos Bancos
80286 e 80386 SX	16 bits	1 módulo SIMM 30 em cada banco
80386 DX e 80486	32 bits	2 módulos SIMM 30 ou 1 módulo SIMM 72 em cada banco
Pentium	64 bits	2 módulos SIMM 72 ou 1 módulo DIMM 168 em cada banco
Pentium II	64 bits	1 módulo DIMM 168 em cada banco

_____Quando instalamos módulos de memória em um computador, é altamente aconselhável que, dentro do mesmo banco, os referidos módulos sejam idênticos. A não observância dessa regra poderá causar perda de dados, erros nas operações, congelamentos súbitos e até o não funcionamento do computador. Particularmente, prefiro até que todos os módulos instalados sejam exatamente iguais, mesmo que em bancos diferentes.

_____Outro fator que devemos levar em consideração com relação aos módulos de memória é o tempo de acesso e a velocidade de acesso.

_____As memórias SIMM 30 e SIMM 72 utilizam tempo de acesso. Isso simboliza o tempo que a memória demora para responder ao processador quando este envia um dado. Quanto menor o tempo de acesso, mais rápida será a memória. Esse tempo é medido em nano segundos (ns). Um ns corresponde a 1 segundo dividido por 1.000.000.000.

_____Atualmente, os módulos SIMM são fabricados com o tempo de acesso de 70, 60 ou 50 ns.

_____Os módulos DIMM 168 podem utilizar tempo de acesso ou velocidade de acesso, esta medida em MHz. No caso, a memória será tão mais rápida, quanto menor for o tempo de acesso ou maior a velocidade de acesso. Podemos encontrar módulos DIMM 168 com tempos de 8, 10, 16 ou 60 ns. Se falarmos apenas em velocidade de acesso, poderemos encontrá-las operando a 66, 100 e 125 MHz.

_____Como se faz para saber o tempo de acesso ou a velocidade de acesso de uma memória ? É fácil. Basta observar as inscrições existentes nos chips. Deverá haver um número grande, seguido de um hífen (-) e de mais um, dois ou três algarismos. Esses algarismos irão identificar o tempo ou a velocidade de acesso. Para um módulo de memória de 60 ns, por exemplo, deverá haver um número seguido de "-6", "-06" ou "-60". Para um módulo de memória de 125 MHz, deverá haver um número seguido de "-125". Veja as figuras abaixo:

Com base nos chips acima, podemos identificar, da esquerda para a direita, um módulo de 10 ns e outro de 70 ns.

_____Quanto aos padrões de funcionamento das memórias, podemos dividi-los nos seguintes tipos:

Encapsulamento	Padrão	Acesso	Utilização
SIMM 30	FPM	70 ou 60 ns	80286, 80386 e 80486
SIMM 72	FPM	70 ou 60 ns	80486
SIMM 72	EDO	60 ou 50 ns	Pentium
DIMM 168	EDO	60 ou 50 ns	Pentium
DIMM 168	SDRAM	8, 10 ou 16 ns / 66, 100 ou 125 MHz	Pentium e Pentium II

_____Talvez você esteja se perguntando: como faço para distinguir uma memória SIMM 72 FPM de um EDO ? E no caso de uma DIMM 168 EDO e uma SDRAM ?

_____No primeiro caso é um pouco difícil. Se a memória for de 70 ns, não é EDO. Mas se for de 60 ou 50 ns, teremos que inseri-las na máquina e observarmos o quadro de inicialização após o boot inicial, que acusará a presença de memória EDO ou não.

_____No caso das DIMM 168, tudo fica mais fácil. Basta verificar o tempo de acesso. Se for de 60 ou 50 ns, é EDO. Se for de 8, 10 ou 16 ns, ou ainda, se tiver velocidade de acesso de 66, 100 ou 125 MHz, é SDRAM. Cabe ressaltar ainda que a SDRAM possui um pequeno chip de controle de dados em uma das suas laterais, como o indicado na figura abaixo:

_____Ainda, não se deve confundir DRAM, SRAM e SDRAM. DRAM é Dynamic RAM. SRAM é Static RAM. SDRAM não é Static DRAM, mas sim Syncronous DRAM.

Grupo	Processadores
XT (extended technology)	8086 e 8088
AT (advanced technology)	80286, 80386 e 80486
Pentium	Pentiuns