Uma visão elementar de Arquitetura de Computadores | Parte 2
🔌 Portas Lógicas
Os computadores são constituídos de elementos eletrônicos como: capacitores, resistores e transistores.
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Capacitores: são os componentes responsáveis por armazenar e liberar carga elétrica, sendo que realizam a filtragem de ruído e a estabilização de tensões.
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Resistores: limitam a passagem de corrente elétrica, são usados para controlar a voltagem da corrente elétrica.
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Transistores: amplificam sinais e controlam o fluxo da corrente dentro do circuito. Eles permitem ou não a passagem de binários para realizarem operações através das portas lógicas, e tudo isso forma os
circuitos lógicos.
Portas Lógicas são a base para a construção de um processador. Elas são embutidas em um CI (Circuito Integrado) com o objetivo de realizar tarefas específicas. Podem ser encontradas tanto em ULSI (Ultra Larga Escala Integrada) quanto em circuitos mais simples.
Álgebra de Comutação
Assim como a álgebra básica da escola, criou-se a necessidade de fazer operações com os dígitos binários. Surge então a Álgebra de Comutação.
Para tal, era necessário primeiro definir-se as representações gráficas e então se adotou 0 (falso) e 1 (verdadeiro).
Porta AND
Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
A operação AND simula a multiplicação binária, possuindo a finalidade de garantir que o mesmo bit de entrada seja o mesmo da saída (transferência de bit, ou seja, é usado para transferir dados da memória para a CPU).
- Porta Lógica AND:
| Entrada | Saída | |
|---|---|---|
| A | B | Y = AB |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
Porta OR
Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela simula a soma binária, ou seja, só resultará em verdadeiro (1) se um dos operandos for igual a 1.
- Porta Lógica OR:
| Entrada | Saída | |
|---|---|---|
| A | B | Y = A+B |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
Porta XOR (exclusive or)
Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela serve como uma verificação de igualdade, em que se os operandos tiverem os seus valores binários diferentes, a operação resultará em verdadeiro (1). Caso contrário, resultará em falso (0).
- Porta Lógica XOR:
| Entrada | Saída | |
|---|---|---|
| A | B | Y = A XOR B |
| 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
Porta NOT
Esta porta aceita um operando: A, sendo binário 0 ou 1.
Ela faz uma inversão de valores, ou seja, se o valor do operando for 1, ele se torna 0, e se for 0, ele se torna 1.
- Porta Lógica NOT:
| Entrada | Saída |
|---|---|
| A | NOT A |
| 1 | 0 |
| 0 | 1 |
Portas Derivadas
A execução dessas portas se dá por uma de cada vez, ou seja, irá executar primeiro uma e depois a outra.
Porta NAND
Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela faz a operação AND e em seguida realiza a execução do NOT.
- Porta Lógica NAND:
| Entrada | Saída | |
|---|---|---|
| A | B | Y = A NAND B |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 |
Porta NOR
Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela faz primeiro o OR e em seguida opera o NOT.
- Porta Lógica NOR:
| Entrada | Saída | |
|---|---|---|
| A | B | Y = A+B |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 |
Tipos de Memória
Primeiro, devemos entender como é o ciclo das memórias em um computador:
-> Ligar -> PC -> Corre na CPU -> Confere a ROM
-> Vai na memória secundária para buscar o SO
-> Usa a memória principal para carregar os programas
A memória é um dispositivo que vai servir para armazenar dados ou instruções para que a CPU use. Existem dois tipos de memórias: permanente e não permanente.
As memórias são interligadas e formam o subsistema de memórias.
Pirâmide de Memórias
Pode-se classificar as memórias com base em algumas propriedades.
Quanto mais alto:
- Mais caro.
- Mais rápido.
- Baixa capacidade de armazenamento.
Quanto mais baixo:
- Mais barato.
- Menos rápido.
- Alta capacidade de armazenamento.
/\
/ \
/ \
/ Regis\
/ trador \
/ \
/ \
/ Cache \
/ \
/ Memória \
/ Principal \
/ (RAM e ROM) \
/ \
/ Memória Secundária \
/ (HD, CD/DVD, SSD) \
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Registradores
O processador busca informações e instruções na memória e armazena em seu interior o que deve ser feito. Esse local onde são armazenados é denominado como registradores.
Cache
O Cache será para suprir a necessidade do processador de ter uma memória auxiliar, acelerando a comunicação entre o processador e a memória principal.
Cache L1
Sendo a primeira a ser buscada, a memória cache que está dentro do processador, dividida em dois campos:
- L1d: feito para guardar dados.
- L1i: feito para guardar instruções.
Cache L2
Ao não encontrar o que se procurava na L1, é feita a busca em L2. Essa memória utiliza o sistema: Static Random Access Memory (SRAM).
Ao não se encontrar no Cache L2, ela é responsável por chamar a memória principal, ou seja, a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
Memória Primária
Responsável por alocar informações das aplicações executadas no momento em que o PC continua ligado. Por isso, ela precisa ficar refrescando a memória, assim ela funciona de modo dinâmico.
A memória principal é denominada memória RAM.
Padrões de RAM
- DDR: este padrão tem como característica a duplicação de lotes de bits por 1 ciclo de clock, ou seja, 64 bits por 1 ciclo de clock (ida e volta do CPU à Memória).
- Ela possui várias versões que mudam em voltagem, latência, etc.
Formato
- DIMM: usadas em desktops, são mais volumosas, tudo em uma linha.
- SO-DIMM: usadas em laptops, são mais acopladas e em várias linhas.
ROM
É a memória que é apenas para leitura (Read Only Memory = ROM), escrita normalmente pelo fabricante e apenas lida depois. Os programas instalados nela são chamados de firmwares.
Firmwares já instalados:
- BIOS: Sistema Básico de Entrada e Saída;
💡 Ver mais: O que é BIOS na placa mãe do PC?
- POST: autoteste e verificação no momento da inicialização;
💡 Ver mais:
- SETUP: muda as configurações já pré-definidas;
💡 Ver mais: O que é setup? Entenda o significado do sistema operacional do PC
Memória Secundária
É a memória que vai armazenar os dados em massa, ou seja, o SO e outros programas, assim como outros dados. Por isso, ela não pode ser volátil.
Essas memórias não são acessadas pelo processador.
💡 Volátil significa que, ao desligar o PC, ela deixa de existir.
SO é o Sistema Operacional, sendo a interface entre hardware e humano e software.