A Arquitetura de von Neumann - é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular tais programas. Esta arquitetura é um projeto modelo de um computador digital de programa armazenado que utiliza uma unidade de processamento (CPU) e uma de armazenamento ("memória") para comportar, respectivamente, instruções e dados.

A máquina proposta por Von Neumann reúne os seguintes componentes:

1. Uma memória
2. Uma unidade aritmética e lógica (ALU)
3. Uma unidade central de processamento (CPU), composta por diversos registradores,
4. Uma Unidade de Controle (CU), cuja função é a mesma da tabela de controle da Máquina de Turing universal: buscar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dados de entrada.

A Arquitetura de Harvard - baseia-se num conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo da necessidade de por o microcontrolador para trabalhar mais rápido. É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador. É utilizada nos microcontroladores PIC, tem como principal característica acessar a memória de dados separadamente da memória de programa.

Arquitetura de Harvard VS Arquitetura de von Neumann

A diferença entre a arquitetura Von Neunmann e a Harvard é que a última separa o armazenamento e o comportamento das instruções do CPU e os dados, enquanto a anterior utiliza o mesmo espaço de memória para ambos.

Evolução de arquitecturas de microprocessadores intel

A Evolução dos processadores des dos anos 90 até aos dias de hoje da intel

As Cpus 386 e 486 lançadas pela Intel no fim dos anos 80 tinham uma frequência que ia dos 33 MHz aos 100MHz.

O CPU 386 permitiu que vários programas utilizassem o processador em simulteneo atráves da divisao de tarefas.

O CPU 486 foi o primeiro a usar o mecanismo de pipeline permitindo assim que mais do que uma instrução fossem feitas ao mesmo tempo.

·        O CPU 486DX tinha um coprocessador matemático e por esse motivo era o melhor daquela época.

·        No ano de 1995 o Intel lançou o Pentium Pro sexta geração de chips x86.

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    No ano de 1997 a intel lança o pentium 2.

·        No ano de 1998 foi lançado pela intel o pentium 2 xeon

·        No ano de 1999 a intel lançou o pentium 3

·        No ano 2000 foi lançado pela intel o pentium 4

·        No ano de 2003 a intel lançou o pentium 4 extreme edition que trouxe uma inovação pelo facto de ter uma cache L3 integrado.

·        No ano de 2006 a intel lançou o core 2 duo. As principais características do core 2 duo são o desempenho até três vezes mais rápido devido ao sistema de processamento multi-core.

·        No de 2008 a intel lançou o core i5 tem suporte para memorias DDR3 1333.

·        No ano de 2009 a intel lançou o core i7 foi o primeiro a ter controlador de memória integrado alem disso conta também com  um sistema hyper threading que permite executar varias funcionalidades ao mesmo tempo.

Tecnologias do 

microprocessador

Abreviatura para MultiMedia extensão, MMX foi um processador Intel lançado em 1997, com mais 57 novas instruções e capacidades de velocidade avançada para gráficos e software multimédia. O MMX está agora incluído em todos os processadores Intel que foram lançados após a introdução desta tecnologia , bem como os novos processadores da AMD.

Overclocking é o nome que se dá ao processo de forçar um componente de um computador a rodar numa frequência, definida em hertz mais alta do que a especificada pelo fabricante. Apesar de haver diferentes razões pelas quais o overclock é realizado, a mais comum é para aumentar o desempenho do hardware. O overclocking pode resultar em super aquecimento do processador, instabilidade no sistema e às vezes pode danificar o hardware, se realizado de maneira imprópria.

Hyper-Threading é uma tecnologia usada em processadores que o faz simular dois processadores tornando o sistema mais rápido quando se usa vários programas ao mesmo tempo. É uma tecnologia desenvolvida pela Intel e foi primeiramente empregada no processador Pentium 4 de núcleo Northwood, de 32 bit. Apesar do foco da tecnologia Hyper-Threading ser os processadores para servidores de rede, os processadores da série Intel® Core2™ (Extreme Edition) e Intel® Core™ (i3,i5 e i7) usufruem dessa tecnologia proporcionando até 12 núcleos totais (i7 4960x).

CISC (sigla para Complex Instruction Set Computer, ou, em uma tradução literal, "Computador com um Conjunto Complexo de Instruções"): é uma linha de arquitectura de processadores capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil. Exemplos de processadores CISC são os 386 e os 486 da Intel.

Características:

Controle microprogramado;

Instruções de dois operandos – ADD CX,mem;

Modos registador-registador, registador-memória, e memória-registador;

Múltiplos modos de endereçamento à memória, incluindo indexação (vectores);

Instruções de largura (tamanho) variável, conforme modo de endereçamento utilizado;

Instruções requerem múltiplos ciclos de máquina para execução, variando também com o modo de endereçamento;

Poucos registadores;

Registadores especializados

Reduced Instruction Set Computer ou Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções (RISC), é uma linha de arquitectura de processadores que favorece um conjunto simples e pequeno de instruções que levam aproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas. Muitos dos microprocessadores modernos são RISCs, por exemplo DEC Alpha, SPARC, MIPS, e PowerPC.

Características:

- uso de microcódigo;

- construção de conjuntos com instruções completas e eficientes (completa no conjunto);

- criação de instruções de máquina de “alto nível”, ou seja, com complexidade semelhante à dos comandos de alto nível

Colocados juntos, esses elementos do projeto nortearam a filosofia de construção de processadores CISC por longo tempo, como a família Intel x86, os processadores AMD K e, anteriormente, os sistemas IBM e VAX. Assim é que existem naqueles conjuntos instruções poderosas, do tipo:

·        CAS - compare and swap operands (comparar valores e trocas operandos)

·        RTR - return and restore codes (retornar e restaurar código)

·        SWAP - swap register words (trocar palavras dos registadores)

UNIDADE DE CONTROLO

Unidade de Controlo: Módulo (Circuito Sequencial) responsável pelo
controlo da sequência de operações a executar na Datapath para
implementação de uma tarefa.

UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA

A unidade lógica e aritmética (ULA) ou em inglês Arithmetic Logic Unit (ALU) é um circuito digital que realiza operações lógicas e aritméticas. A ULA é uma peça fundamental da unidade central de processamento (CPU)

REGISTADOR

O registador  de uma CPU (unidade central de processamento) é uma unidade de memória capaz de armazenar n bits. Os registadores estão no topo da hierarquia de memória, sendo assim, são o meio mais rápido e caro de se armazenar um dado.

UNIDADE DE VÍRGULA FLUTUANTE

 Unidade de Vírgula Flutuante (FPU) é o hardware dedicado a executar operações matemáticas de dados representados em ponto flutuante em um computador. Esta unidade pode estar integrada na unidade central de processamento, como acontece na generalidade dos processadores modernos, ou pode ser implementada através de um co-processador matemático externo.

UNIDADE DE LIGAÇÃO COM O BUS

Conjunto de ligações fisicas ( cabos, pistas de circuitos impressos, etc.) que podem ser usadas conjuntamente pelos vários elementos materiais a fim de comunicar.

UNIDADE DE MEMÓRIA CACHE INTERNA

A memória cache é uma memória intermédia entre a memória principal e os registos do processador.

UNIDADE DE PRÉ-ESCOLHA

Conectores

Conectores SATA 

    Um conector sata é um cabo que permite fazer a ligação de um  disco rígido ou seja, um drive óptico, á respectiva motherboard.

Conectores IDE

   O conector IDE  localiza-se na placa mãe, onde o cabo flat     se  encaixa para que o cabo do hd ou do cd rom possa ser   localizado.

   

Conectores FDD

   FDD significa unidade de disquete. Embora a maioria dos computadores não utilizem estes drives, o conector FDD ainda está presente em muitas motherboards mais antigas. Contém 34 pinos e usa um cabo flat FDD para se conectar a uma unidade de disquete. 

Conectores Alimentação 

   É aquele que faz a alimentação da placa-mãe, antes com 20 pinos, o padrão actual tem 24. É quase sempre constituído por um bloco de 20, no qual se pode adicionar um bloco de 4 pinos. Isto, para respeitar a retro-compatibilidade com as antigas placas-mãe, com conectores de 20 pinos.

Conectores USB

   Universal Serial Bus (USB) é um tipo de conexão "ligar e usar" que permite a conexão de periféricos sem a necessidade de desligar o computador.

Conectores para a ligação do frontal da caixa do computador

Conector de alimentação Ventoinha

   Ventoinhas podem ter dois,três ou quatro fios. Existem duas coisas importantes a serem notadas aqui. Primeiro a cor dos fios pode mudar dependendo do fabricante da ventoinha. O esquema de cores mostrado na tabela abaixo o mais comum. Segundo, todas as ventoinhas ;o alimentadas com +12V; no entanto, rias ventoinhas usam um fio vermelho em sua linha de +12 V, sendo diferente do digo de cor usado pela fonte de alimentação o, onde vermelho significa +5V.

COOLERS

   O processador realiza milhões de cálculos por segundo. A actividade interna nele só é possível graças à energia eléctrica que transita de um lado para o outro. Acontece que essa grande carga de trabalho gera calor, visto que os materiais oferecem resistência à passagem de corrente, logo os processadores aquecem muito quando estão efectuando tarefas.

   Para evitar a queima ou possíveis danos ao componente, é preciso arrefece-lo. O item-chave para resolver isso é o cooler. Uma solução de arrefecimento é necessária para manter a temperatura do processador num nível aceitável, garantindo o bom desempenho durante o processamento dos dados.

É precisar salientar que quase todos os computadores contam com pelo menos dois coolers. Um deles serve para refrigerar o processador e outro para remover o calor da fonte de alimentação. Algumas máquinas, no entanto, contam com diversos refrigeradores.

Air-cooler

O mais comum e barato sistema de refrigeração é o cooler à base de ar. Ele é composto por um dissipador e um ventilador que gira constantemente para remover o calor excessivo da CPU.

A maioria dos processadores da Intel e AMD traz um air-cooler. As ventoinhas desses sistemas podem girar em diferentes velocidades, contudo, o arrefecimento do componente não depende apenas da quantidade de rotações por minuto.

A pasta térmica é outra peça-chave para a dissipação do calor. Essa substância parecida com cola é aplicada em baixo do dissipador e serve para preencher as lacunas de ar existentes entre o processador e o cooler. Consta salientar que esse periférico é um bom condutor de calor, e que ajuda na hora da refrigeração do processador.

Water-cooler

Processadores que trabalham com frequência acima do normal necessitam de um sistema de refrigeração mais eficiente. Para estes dispositivos, existem os “coolers à base de água”. Eles reduzem a temperatura da unidade de processamento aplicando um líquido refrigerante sobre o processador.

Diferente do air-cooler, o sistema de refrigeração líquido conta com diversos itens para poder realizar o processo de arrefecimento. Basicamente, essas soluções utilizam uma bomba integrada, um dissipador, um radiador, mangueiras e o fluído.

Cooler heat pipe

O terceiro tipo de cooler mais comum é o heat pipe. Ele é considerado como um sistema de arrefecimento passivo, visto que utiliza apenas um dissipador e um líquido para refrigerar o processador. O nome “heat pipe” significa “tubo de calor” e faz referência aos tubos que ficam situados em cima da base do dissipador.

Dentro desses tubos, existe um líquido refrigerante que ajuda a dissipar a energia gerada pelo processador. O funcionamento é bem simples: o fluído que está na parte de baixo do cano absorve calor e sobe, forçando o líquido que está em cima a descer para absorver mais calor; e esse ciclo se repete infinitamente.

Este sistema é mais utilizado em placas de vídeo, podendo também ser encontrado em coolers de processadores.

História dos computadores

ENIAC:

 O primeiro computador do mundo a ser utilizado foi o ENIAC, sigla que significa "Electronic Numerical Integrator and Computer" ou seja em português: computador e integrador numérico electrónico. 

Esse mesmo computador foi um trabalho elaborado em conjunto do Professor John Mauchly e do também professor J. Presper Eckert. 

  O ENIAC foi construído com 17 468 tubos de vácuo, 70 000 resistências, 10 000 condensadores, 1 500 relés e 6 000 interruptores.

 O equipamento pesava cerca de30 toneladas, consumia 200 000 watts de potencia e ocupava várias salas. Quando em operação produzia tanto calor que necessitava de um sistema de ar forçado para arrefecimento.

 Em 1943 decorria a II Guerra Mundial e os professores Mauchly e o Eckert propuseram ao exército norte-americano a construção deste primeiro computador, tendo como objectivo o auxilio nos cálculos de precisão necessários para a balística.

Transístores:  

  A "Segunda Geração" dos computadores surgiu na década de 1950 e teve como marca a chegada dos transístores. Com a nova tecnologia, finalmente o computador idealizado por Alan Turing poderia ser construído e comercializado – o destaque foi o Univac 1101, um equipamento de grandes dimensões com cerca de 12 metros de comprimento e 6,1 metros de largura que usava 2.700 tubos a vácuo para seus circuitos lógicos.

  A máquina, considerada avançada na época, apresentava 38 instruções e uma espécie de memória equivalente a 48 bits. 

Microprocessador:

  Algo como a “Era de Ouro” dos computadores, a década de 1960 trouxe para o mercado os primeiros micro-processadores. A lista começa com o DEC PDP-1, precursor da "Terceira Geração", e passa pelo CDC 6600, o mais rápido da época e três vezes mais veloz do que o Strech, da IBM – ele conseguia realizar mais de 3 milhões de instruções por segundo.

  Foi em 1965 que o computador finalmente saiu das grandes salas e se tornou portátil. O primeiro microcomputador vendido com sucesso no mercado foi o DEC PDP-8, um computador de 12 bits cujas dimensões se assemelhavam ao de um frigorífico de hoje. A fabricante Digital Equipment Corporation – daí a sigla DEC – vendeu mais de 50 mil unidades naquele ano.

Microcomputadores:

 Graças ao pioneirismo do DEC PDP-8, a "Quarta Geração" de computadores, nos anos 1970, é conhecida pela avalanche de microcomputadores pessoais, começando pelo Kenback 1, anunciado na revista Sicentific American em 1971 e que custava US$ 7 mil. Três anos depois, Xerox lançou a primeira estação de trabalho pessoal baseada em microprocessador e que já tinha entrada para mouse, o Scelbi SH.

 Foi nessa década, em 1976, que surgiu o primeiro computador com processamento vetorial de sucesso comercial, construído por Steve Wozniak. Chamado de Cray I inicialmente, foi renomeado para Apple I com a fundação da empresa após a entrada de Steve Jobs. No ano seguinte, o Apple II foi sucesso instantâneo.

Quinta geração:

 Com a popularização dos microprocessadores, a década de 1980 foi marcada pelos computadores pessoais, com IBM, Commodore e Compaq se juntando à Apple nesse mercado, o que levou a uma série de inovações. Foi em 1984, por exemplo, que a empresa de Jobs laçou o Macintosh, primeiro computador com interface gráfica vendido comercialmente.

 A década também teve o primeiro computador pessoal a incorporar uma unidade de disco rígido com armazenamento óptico e linguagem orientada a objectos para simplificar a programação. Curiosamente, o “pai” do protejo também foi Steve Jobs, mas na NeXT, empresa que fundou após sua saída temporária da Apple em 1985.

Computadores pessoais:

Foi na década de 1990 que os computadores pessoais se tornaram produto de massa. A Intel entrava no mercado com seu processador Pentium, em 1993, seguido pelo Pentium II, em 1997. A AMD também lançou seu primeiro Athlon no mercado em 1998, que rodava a incríveis 750 MHz.

A década também é conhecida pelos consoles de games com microprocessadores, como o Playstation, lançado pela Sony em 1995. No fim da década, a Apple apresentou seu primeiro iMac, computador que unia todos os componentes ao monitor, resultando em um produto extremamente compacto para a época – foi o primeiro All-in-One.

Computação móvel:

Pode parecer recente para muitos, mas os anos 2000 já são história. Há 12 anos, a canadense RIM lançava o primeiro smartphone do mundo, chamado de Blackberry. O aparelho oferecia sistemas de e-mail e navegação na web, além de conexão móvel. Mas, apesar de todos os lançamentos importantes daquela década, ela será marcada pelo surgimento do iPhone.

Em 2007, Steve Jobs apresentou o aparelho em um keynote histórico durante a WWDC daquele ano. Era o primeiro smartphone com tela sensível ao toque e com sistema operacional avançado, capaz de rodar aplicações complexas, como player de música com animações. Entra também nessa década o lançamento do iPad, em 2010, responsável pela criação de uma indústria inteira de tablets, assim como o iPhone fez com os smartphones.