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Entenda o funcionamento e a importância de cada peça do seu computador

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Entenda o funcionamento e a importância de cada peça do seu computador

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Teclado, monitor, CPU e memória RAM são alguns componetes e periféricos que possibilitam o uso de um computador. Mas afinal, o que é e qual a função de um mouse, processador, HD etc? O TechTudo traz uma matéria especial falando sobre cada componente importante do computador e o caminho que a informação faz internamente.

Periféricos de entrada: Mouse, Teclado e Telas de toque

Quando queremos entrar com alguma informação no computador, usamos os periféricos. O nome 'periférico' é usado para denominar os componentes que ficam ao redor da CPU, igual a periferia da cidade (que fica ao redor do centro). Os periféricos de entrada permitem que os usuário interajam com o computador. Ou seja: tudo o que é interagido, o computador transforma em sinais elétricos, que são digitalizados para a interpretação do processador.

Um dos primeiros periféricos de entrada é o teclado, que não é muito diferente do teclado das antigas máquinas de escrever - e a disposição de suas teclas foi até feita seguindo o padrão dessa antigas máquinas.

Para você entender a ideia da organização das teclas, as teclas mais usadas tinham que ter uma distância grande, pois era o tempo da alavanca ir, bater no papel, e voltar, sem atrapalhar a outra alavanca de outra tecla que já estivesse sendo pressionada.

No computador, cada tecla pressionada gera um código diferente que o computador interpreta ou como letra e número, ou como um comando (como o famoso Crtl + Alt + Del usado quando o Windows trava)

Já o primeiro mouse foi inventado em 1963 com o objetivo de o usuário conseguir utilizar os componentes gráficos dos computadores. O mouse foi batizado com esse nome porque quando foi inventado, era apenas uma pequena caixa com um fio, que fazia lembrar um rato ("Mouse" quer dizer "rato" em inglês).

Os primeiros mouses usavam uma bolinha para mapear para onde estava sendo deslocado, e conforme a velocidade do movimento e a direção, a setinha na tela era movida. Nos mouses atuais, a captura é feito por laser.

Nos smartphones, é impossível utilizar mouses ou teclados com muitas teclas, como nos desktops, assim, foi inventado as telas capacitivas e resistivas, onde o usuários podem simular os cliques apenas pressionando a tela aonde ele desejar. Isso é utilizado em smartphones atuais como o iPhone e os Androids.

O processador é responsável pela execução de instruções dentro de um sistema. Ou seja: ele executa os comandos gerados pelos e para os softwares.

Ele é divido em várias partes, sendo as duas principais a Unidade Lógico-Arimética (ULA), utilizada para fazer cálculos e operações lógicas, e os registradores, que são memórias de acesso rápido para armazenar os resultados das operações.

Com as informações vindas do mouse e do teclado, o processador interpreta esses dados de entrada e executa os comandos nos softwares.

Atualmente são produzidos processadores com vários núcleos ("Core" em inglês), que seriam a junção de vários processadores dentro de um só, aumentando o poder de processamento dos computadores atuais. É como ter dois processadores em um chip (Dual-Core), ou quatro (Quad-Core), ou oito (Octa-Core), e assim em diante.

Quando falamos da capacidade do processador, falamos na sua frequência de operação, que tem por unidade o Hertz. Quem nunca ouviu falar em 1 GHz? Isso representa a frequência (velocidade) de processamento que um processador tem por segundo. Assim, 1 GHz quer dizer que um processador é capaz de fazer 1 bilhão ciclos de operação por segundo. Muitas vezes uma operação pode durar um ciclo ou mais - dependendo de sua complexidade.

Os processadores são construídos com base em um componente famoso no mundo da eletrônica: o transistor. Os transistores são tão pequenos que só é possível vê-los por microscópios de alta capacidade. O processador Core i7, da Intel, por exemplo, tem cerca de 800 milhões de transistores.

Há famílias de processadores para cara tipo de computador: A Intel e a AMD dominam o mercado de desktops, porém, nos portáteis como o iPhone, o mercado de processadores é da ARM.

O processador pode executar tarefas como guardar dados na memória ou exibir o resultado no monitor.

A memória RAM é uma memória temporária para armazenar dados e parte dos softwares que estão em execução. Ela é um memória que apenas armazena informações quando o computador está ligado, pois armazena esses dados em componentes eletrônicos - como o Flip-Flop ou Capacitores - que necessitam de energia elétrica para funcionar. Dessa forma, o processador usa a memória para armazenar as informações que ele estiver usando para trabalhar no momento.

Normalmente uma memória é medida em bits e bytes. Um bit significa um espaço de memória, que pode estar ocupada ou não, ou seja, 1 para ocupado ou 0 para desocupado. Assim, o bit é a menor medida de memória que existe. Já 1 byte quer dizer que temos 8 bits agrupados - e a combinação de bits ocupados e desocupados dá um significado a uma informação. (Exemplo: a combinação de caracteres "ABC", em código binário, é representado como 01100001 01100010 01100011).

Atualmente as memórias RAMs tem cerca de 3 a 4 Gbytes de capacidades, isto é, possui cerca de 3 ou 4 bilhões de bytes. Quando a memória RAM fica muito ocupada, o computador pode ficar lento, mas há maneiras de resolver isso como mostramos neste artigo.

Memórias Permanentes: HD, Memórias Flash, SSDs

Quando mexemos em qualquer computador, precisamos armazenar os dados e softwares para poder utilizá-los em qualquer momento futuro, mas nossos computadores nem sempre estarão ligados na energia elétrica para armazena-los na memória RAM. Para guardá-los permanentemente, precisamos de outros tipos de memórias.

Provalmente, você deve estar se perguntando o por quê de existir a memória RAM se existe outra memória para gravar para sempre. A resposta é a velocidade de acesso e o preço. A memória RAM é muito mais rápida do que a memória permanente, porém é muito mais cara. Como os processadores são muito mais velozes do que as memórias permanentes (algo como milhares a milhões de vezes mais rápido), é necessário uma memória intermediária para ajudar no processamento, armazenando temporariamente apenas o que o processador estiver usando no momento. Por isso temos as memórias RAM e as permanentes.

A memória permanente mais comum nos computadores atuais é o disco rígido ( hard disk ou HD, em inglês). O HD é um conjunto de discos que utiliza tecnologia magnética para fazer o armazenamento de dados em código binário. Assim, a estrutura interna do disco é modificada para poder armazenar a informação sem que haja necessidade de energia elétrica.

Hoje, os HD estão armazenando grande quantidade de informações, chegando a ter mais de um 1 Terabyte de capacidade (equivalente a 1 trilhão de bytes). Mas os HDs têm um grande problema: eles são discos que necessitam ficar girando a todo o momento, o que gasta muita energia elétrica (péssimo para os notebooks), e qualquer componente mecânico tem uma vida útil menor do que componentes eletrônicos, podendo ser danificado mais facilmente (ainda mais em notebooks, que levamos de um lado para o outro). Para solucionar este problema foi inventado os discos de estado sólido ( solid state disks ou SSD, em inglês).

Os SSDs, diferentemente dos HDs, não têm componentes mecânicos e consomem muito menos energia, e portando estão se tornando uma alternativa interessante aos HDs para notebooks. Entretanto, os SSDs ainda são muito mais caros que os HDs.

Para os eletrônicos móveis, como os smartphones, é usada a memória Flash, que é muito parecida com a memória de pen drives e cartões de memória das câmeras fotográficas, mas em versões reduzidas.

Periféricos de saída: Monitor e Impressoras

Para responder aos comandos do usuário, os computadores têm os monitores e as impressoras. Assim, o processador executa os comandos de exibir informações na tela ou imprimir um documento em papel pela impressora.

O monitor é muito parecido com uma televisão comum, porém, quando foi criado, mostrava apenas as linhas de comando em uma tela escura com letras verdes. Atualmente um bom monitor é fundamental para qualquer coisa, especialmente para quem gosta de Games.

Outro periférico de saída importante é a impressora, pois necessitamos constantemente imprimir documentos e imagens que geramos nos computadores.

Outros componentes importantes: Placa de Vídeo, Placa-Mãe

Outro componente muito utilizado nos computadores são as placas de vídeo. Nela, as GPU (unidades de processamento gráfico) fazem o processamento de imagens de vídeos de alta resolução. Esse processamento pode ser feito pelo processador, porém uma imagem de um game pode exigir muito do processador e causar lentidão. Assim, a GPU desafoga o processador e é especializada nessa tarefa.

Atualmente a AMD está trabalhando para que as GPU funcionem dentro dos processadores, ajudando-o a ter um desempenho ainda melhor.

E para ligar todos os componentes uns aos outros, necessitamos de uma Placa-Mãe. A placa-mãe é uma placa de circuito impresso por onde a eletricidade, com os dados processados, viaja, servindo de via para o processador, as memórias e os periféricos. Normalmente a Placa-Mãe é exclusiva para um tipo de processador e memórias, e várias delas possuem outros componentes embutidos em sua própria arquitetura, como os que definiremos no próximo tópico.

Ligando com o mundo exterior: Placa de rede, Modem e Wi-Fi

Um computador sozinho não tem a mínima graça, por isso o legal é que ele possa acessar a Internet e nos permita visualizar vídeos, acessar redes sociais e falar com os amigos em mensageiros instantâneos.

Para isso, o nosso computador precisa estar conectado à uma rede, e essa é a função das placas de rede. Essas placas permitem que seja feita uma ligação de uma rede de computadores, seja ela toda em cabo ou não, esta última também conhecida como Wi-Fi (comuns em notebooks e smartphones).

Porém, para ter acesso a Internet, precisamos de um modem. O modem faz as traduções do sinal enviado pelo provedor de Internet para o tipo de sinal que o computador consegue processar. Quem já usou internet discada conhece muito bem os sons do modem no momento da conexão. Atualmente usamos modems dedicados para internet rápida, e que não ocupam mais a rede telefônica - como era feita a comunicação antigamente.

Todos esses componentes juntos demandaram muitas pesquisas das principais empresas e faculdades do mundo - além de muito café consumido pelos engenheiros. O resultado é esta invenção maravilhosa que usamos constantemente para trabalho e principalmente para diversão.

Se tiver mais dúvidas, deixe a sua pergunta no fórum ou comente aqui no posts.

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Entenda o funcionamento e a importância de cada peça do seu computador

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Teclado, monitor, CPU e memória RAM são alguns componetes e periféricos que possibilitam o uso de um computador. Mas afinal, o que é e qual a função de um mouse, processador, HD etc? O TechTudo traz uma matéria especial falando sobre cada componente importante do computador e o caminho que a informação faz internamente.

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Processador anti-hacker para ataque antes que ele comece

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Processador anti-hacker para ataque antes que ele comece

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2019
Processador anti-hacker
Uma nova arquitetura de processador de computador desenvolvida na Universidade de Michigan, nos EUA, promete nada menos do que lançar as bases de um futuro no qual os computadores se defendem proativamente contra ameaças, tornando obsoleto o atual modelo de segurança de encontrar bugs e lançar atualizações.

O novo chip, batizado de Morpheus, bloqueia possíveis ataques de hackers criptografando e reorganizando aleatoriamente bits chave de seu próprio código e de seus dados 20 vezes por segundo.

Isso é infinitamente mais rápido do que um hacker humano consegue trabalhar e milhares de vezes mais rápido do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico.

"A abordagem atual de eliminar erros de segurança um por um é um jogo perdido. As pessoas estão constantemente escrevendo código e, tão logo há um novo código, haverá novos bugs e vulnerabilidades de segurança. Com o Morpheus, mesmo que um hacker encontre um bug, a informação necessária para explorá-lo desaparece 50 milissegundos depois. É talvez a coisa mais próxima de um sistema seguro à prova do que surgir no futuro," disse o professor Todd Austin.
Agitação e semântica indefinida
Em vez de usar software para corrigir vulnerabilidades de códigos conforme elas são descobertas, o processador Morpheus inclui a segurança em seu hardware. A constante aleatorização dos recursos críticos do programa, em um processo chamado "churn" (agitação ou rotatividade), torna as vulnerabilidades virtualmente impossíveis de serem identificadas e exploradas.

Ainda assim, a rotatividade dos dados e sua aleatorização feita pelo processador são transparentes para os desenvolvedores de software e os usuários finais. Isso porque o mecanismo se baseia na aleatorização de bits de dados conhecidos como "semântica indefinida", que se refere aos recantos e fendas obscuras da arquitetura de computação - por exemplo, a localização, formato e conteúdo do código de um programa é uma semântica indefinida.

A semântica indefinida faz parte do maquinário mais básico de um processador. Os programadores legítimos geralmente não interagem com ela, mas os hackers podem fazer engenharia reversa para descobrir vulnerabilidades e iniciar um ataque.

A taxa de "agitações" do chip pode ser ajustada para cima ou para baixo para encontrar o equilíbrio certo entre maximizar a segurança e minimizar o consumo de recursos. O professor Austin conta que a taxa de aleatorização de uma vez a cada 50 milissegundos foi escolhida para o processador de demonstração porque é milhares de vezes mais rápida do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico, enquanto reduz o desempenho apenas em cerca de 1%. A arquitetura também inclui um detector de ataque que procura ameaças pendentes e aumenta a taxa de aleatorização se perceber que um ataque é iminente.

O chip de demonstração é um processador RISC-V - um design de chip comum, de código aberto, usado frequentemente para pesquisa. A equipe já está tentando comercializar a tecnologia.
Bibliografia:

Artigo: Morpheus: A Vulnerability-Tolerant Secure Architecture Based on Ensembles of Moving Target Defenses with Churn
Autores: Mark Gallagher, Lauren Biernacki, Shibo Chen, Zelalem Birhanu Aweke, Salessawi Ferede Yitbarek, Misiker Tadesse Aga, Austin Harris, Zhixing Xu, Baris Kasikci, Valeria Bertacco, Sharad Malik, Mohit Tiwari, Todd Austin
Revista: Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems
Vol.: 1 - Pages 469-484
DOI: 10.1145/3297858.3304037

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Processador anti-hacker pára ataque antes que ele comece

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2019 Processador anti-hacker Uma nova arquitetura de processador de computador desenvolvida na Universidade de Michigan, nos EUA, promete nada menos do que lançar as bases de um futuro no qual os computadores se defendem proativamente contra ameaças, tornando obsoleto o atual modelo de segurança de encontrar bugs e lançar atualizações.

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Primeiro processador supercondutor tem eficiência energética extrema

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Primeiro processador supercondutor tem eficiência energética extrema

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/12/2020
Parametron
Pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama, no Japão, desenvolveram um microprocessador usando componentes supercondutores, que se mostraram cerca de 80 vezes mais eficientes em termos de energia do que os componentes semicondutores de última geração usados nos microprocessadores mais modernos.

Não é nenhum segredo que componentes eletrônicos supercondutores são energeticamente mais eficientes, mas o balanço geral quase nunca é positivo, uma vez que se gasta muita energia para resfriar tudo - os supercondutores só funcionam em temperaturas criogênicas.

Para balancear melhor essa equação, Christopher Ayala e seus colegas trabalharam com uma estrutura eletrônica digital supercondutora chamada "parametron de fluxo quântico adiabático".

O parametron, um elemento de circuito lógico inventado por Eiichi Goto, em 1954, é essencialmente um circuito ressonante com um elemento reativo não-linear que oscila na metade da frequência de acionamento - essa oscilação pode representar um dígito binário pela escolha entre duas fases, deslocadas em 180 graus uma da outra. Os parametrons foram usados nos primeiros computadores japoneses, mas foram abandonados com o desenvolvimento do transístor.

Já um parametron de fluxo quântico é uma implementação do circuito usando junções Josephson, um arranjo no qual uma corrente elétrica flui indefinidamente - uma supercorrente - sem a necessidade da aplicação de uma tensão. O termo adiabático refere-se ao fato de que o circuito não troca calor com seu entorno.
Processador supercondutor
Ayala então usou essas junções Josephson supercondutoras para criar circuitos parametron, que por sua vez serviram como blocos de construção para um microprocessador de alto desempenho e que roda com um gasto mínimo de energia.

"Queríamos provar que o AQFP [parametron de fluxo quântico adiabático] é capaz de realizar computação de alta velocidade com eficiência energética e fizemos isso desenvolvendo e demonstrando com sucesso um microprocessador AQFP protótipo de 4 bits chamado MANA (Arquitetura Integrada Monolítica Adiabática), o primeiro microprocessador supercondutor adiabático do mundo," disse Ayala.

Os testes mostraram que o processador supercondutor é versátil, podendo ser usado em funções de processamento e de armazenamento de dados.

"Também mostramos em um chip separado que a parte de processamento de dados do microprocessador pode operar até uma frequência de clock de 2,5 GHz, o que o torna comparável às tecnologias de computação atuais. Esperamos inclusive um aumento para 5 a 10 GHz à medida que fazemos melhorias em nossa metodologia de projeto e configuração experimental," acrescentou Ayala.
Computações neuromórfica e quântica
E o protótipo também não deixou dúvidas quanto à sua eficiência energética geral, quando se leva em conta a energia necessária para manter o circuito supercondutor resfriado a temperaturas bem perto do zero absoluto.

"O AQFP é um dispositivo eletrônico supercondutor, o que significa que precisamos de energia adicional para resfriar nossos chips da temperatura ambiente até 4,2 Kelvin [-268,95 ºC] para permitir que os AQFPs entrem no estado supercondutor. Mas, mesmo levando em consideração esse adicional de resfriamento, o AQFP ainda é cerca de 80 vezes mais eficiente em termos de energia quando comparado aos dispositivos eletrônicos semicondutores de última geração encontrados em chips de computador de alto desempenho disponíveis atualmente," anunciou Ayala.

Agora que a equipe provou o conceito dessa arquitetura de processador supercondutor, eles planejam otimizar o chip e determinar sua escalabilidade e a velocidade de processamento que pode ser alcançada com ele.

E, além de construir microprocessadores, a equipe está interessada em examinar como os AQFPs podem ajudar em outras plataformas de computação, como na computação neuromórfica para inteligência artificial e na computação quântica.
Bibliografia:

Artigo: MANA: A Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture Microprocessor Using 1.4-zJ/op Unshunted Superconductor Josephson Junction Devices
Autores: Christopher L. Ayala, Tomoyuki Tanaka, Ro Saito, Mai Nozoe, Naoki Takeuchi
Revista: IEEE Journal of Solid-State Circuits
DOI: 10.1109/JSSC.2020.3041338

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Primeiro processador supercondutor tem eficiência energética extrema

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/12/2020 Parametron Pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama, no Japão, desenvolveram um microprocessador usando componentes supercondutores, que se mostraram cerca de 80 vezes mais eficientes em termos de energia do que os componentes semicondutores de última geração usados nos microprocessadores mais modernos.

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Processador revolucionário reúne cálculo e memória no mesmo chip

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Processador revolucionário reúne cálculo e memória no mesmo chip

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2020
Lógica sobre memória
Um engenheiro brasileiro, atualmente trabalhando na Suíça, liderou uma equipe que desenvolveu um processador de computador que combina duas funções - operações lógicas e armazenamento de dados - em uma única arquitetura.

É um grande avanço para a eletrônica e para a informática, uma vez que a união de computação e armazenamento no mesmo chip - também conhecida como "arquitetura lógica-sobre-memória" - dispensa a troca de dados entre processador e memória, tornando os computadores mais rápidos e com menor consumo de eletricidade.

Essa junção também era longamente esperada por seu potencial impacto no processamento de algoritmos de inteligência artificial.

O avanço histórico foi liderado por Guilherme Migliato Marega, engenheiro eletricista formado pela USP (Universidade de São Paulo), que atualmente trabalha na Escola Politécnica Federal de Lausanne.
Molibdenita
Para quem duvidava que o grafeno estava sendo deixado para trás na corrida rumo a uma era pós-silício, o novo chip é feito de um outro material monocristalino (2D), a molibdenita (MoS ₂).

A molibdenita, um material que consiste em uma única camada com três átomos de espessura, é um excelente semicondutor e já é o componente mais pesquisado no campo da fotônica (processadores que funcionam com luz em vez de eletricidade) e da spintrônica (uma espécie de meio caminho entre a eletrônica e a computação quântica).
Processador e memória juntos
O novo processador lógica-sobre-memória é feito com transistores de efeito de campo (FET) de portas flutuantes (FGFETs).

A vantagem desses transistores é que eles podem reter cargas elétricas por longos períodos - é por isso que eles são usados em memórias flash para câmeras, celulares e computadores.

E as propriedades elétricas exclusivas da molibdenita tornam este semicondutor particularmente sensível a cargas armazenadas em FGFETs, o que permitiu a criação de circuitos que funcionam tanto como células de armazenamento de memória quanto como transistores programáveis.

Ao usar a molibdenita, a equipe conseguiu incorporar várias funções de processamento em um único circuito com memória e alterar ambos conforme desejado.

"Essa capacidade dos circuitos de realizar duas funções é semelhante à forma como o cérebro humano funciona, onde os neurônios estão envolvidos tanto no armazenamento de memórias quanto na realização de cálculos mentais," comparou o professor Andras Kis, coordenador da equipe.

"O projeto do nosso circuito tem várias vantagens: Ele pode reduzir a perda de energia associada à transferência de dados entre unidades de memória e processadores, diminuir a quantidade de tempo necessária para operações de computação e diminuir a quantidade de espaço necessária. Isso abre as portas para dispositivos menores, mais potentes e com maior eficiência energética," acrescentou Kis.

Embora ainda seja um protótipo, a equipe está entusiasmada com a capacidade de levar a nova arquitetura rumo aos aparelhos eletrônicos e computadores vendidos no mercado: " Fizemos nosso primeiro chip há dez anos à mão. Mas, desde então, desenvolvemos um processo de fabricação avançado que nos permite fazer 80 ou mais chips em uma única rodada, com propriedades bem controladas," disse Kis.
Bibliografia:

Artigo: Logic-in-memory based on an atomically thin semiconductor
Autores: Guilherme Migliato Marega, Yanfei Zhao, Ahmet Avsar, Zhenyu Wang, Mukesh Tripathi, Aleksandra Radenovic, Andras Kis
Revista: Nature
Vol.: 587, pages 72-77
DOI: 10.1038/s41586-020-2861-0

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Processador revolucionário reúne cálculo e memória no mesmo chip

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2020 Lógica sobre memória Um engenheiro brasileiro, atualmente trabalhando na Suíça, liderou uma equipe que desenvolveu um processador de computador que combina duas funções - operações lógicas e armazenamento de dados - em uma única arquitetura.