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Arquitetura e organização de computadores.

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O que é um processador?

Um chip responsável por execução de cálculos, desde a mais simples como abrir uma janela até as mais complexas como criar uma animação 3D.

Por esse e outros motivos, o processador é conhecido como o cérebro do computador!

Ele executa 3 funções básicas:

- Recebe a entrada de dados;

- Processa esses dados;

- E fornece os dados de saída.

Quando você digita algo no teclado, cada letra é um dado de entrada, o processador recebe essa informação, processa ela, e fornece a saída, aparecendo na tela.

Características:

Soquete:

É o tipo de conexão física do processador com a placa e também responsável por levar eletricidade ao processador

Núcleo ou Core:

Núcleos são um dos responsáveis pela velocidade de processamento.

Clock é responsável por medir a frequência com a qual o processador consegue executar uma tarefa. Ele é medido por Hertz (Hz), que indica a quantidade de ciclos que ocorrem em um determinado tempo, nesse caso por segundo. Quanto maior o Clock, mais rápido será o tempo de execução.

Cache:

É uma memória auxiliar do processador, onde fica armazenado os dados mais acessados e que serão processados. Tem impacto direto na velocidade de processamento.

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50 anos após 1º processador da Intel, poder dos computadores não tem limites

Cinco décadas depois de revolucionar o mercado, o Intel 4004 é um símbolo do ritmo galopante do mundo computacional. Em 15 de novembro de 1971, a empresa lançava seu primeiro microprocessador disponibilizado comercialmente, com 2 mil transistores, pouco perto das peças atuais, que chegam às dezenas de bilhões em uma superfície de alguns centímetros quadrados. Agora, essa tecnologia está cara a cara com novos paradigmas.

Ao voltar 50 anos no tempo, o passo histórico da Intel se mostrou um marco para a indústria, indicando o caminho de uma série de inovações que possibilitam processadores superpotentes na palma da mão, dentro dos celulares, e também em diversos equipamentos da vida cotidiana.

“Muito simplório para os dias atuais, com 4 bits, o 4004 conseguia fazer somente números inteiros de 0 a 15. Era uma capacidade de representação numérica muito limitada. Mas, na época, foi uma revolução”, diz Eduardo Todt, engenheiro eletrônico e professor de Arquitetura da Computação na Universidade Federal do Paraná (UFPR).

Desde o invento, foi possível criar softwares para centralizar as tarefas. Foi na calculadora eletrônica a primeira aplicação do microprocessador.

“O 4004 teve papel transformador na indústria tecnológica e na vida das pessoas. Foi como um motor da transformação digital”, afirma Carlos Augusto “Guto” Buarque, diretor de marketing da Intel Brasil.

Para ele, a vida conectada — desde o uso cotidiano de desktops, passando pelos conceitos de internet das coisas, casa inteligente e machine learning, até chegar ao emprego de supercomputadores para fazer simulações complexas —  é consequência da evolução dos microprocessadores aliada a outras tecnologias.

O que temos hoje, poucos escritores de ficção científica imaginavam lá nos anos 1970

Carlos Augusto Buarque, diretor da Intel Brasil

A calculadora que revolucionou hardware e software

O Intel 4004 nasceu a partir de uma demanda da fabricante japonesa Nippon Calculating Machine. Em 1969, ela pediu à Intel a criação de um conjunto de circuitos integrados para sua nova calculadora.

O projeto original previa 12 processadores, mas a equipe da Intel — Federico Faggin, “Ted” Hoff e Stan Mazor — optou por criar um conjunto de quatro processadores. Um deles era o que incorporava a CPU (central processing unit) 4004.

O processador, do tamanho de uma unha humana, podia ser programado de maneira mais flexível e, por isso, podia executar mais do que uma única tarefa — como calcular a raiz quadrada de um número.

“O 4004 podia ser usado de uma maneira mais customizável por software. Então, ele representou uma revolução tanto para o hardware quanto para o software”, opina Buarque.
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O que é memória RAM e qual é sua função?

A memória RAM é um tipo de tecnologia que permite o acesso aos arquivos armazenados no computador. Diferentemente da memória do HD, a RAM não armazena conteúdos permanentemente. É responsável, no entanto, pela leitura dos conteúdos quando requeridos.

A memória RAM é um tipo de tecnologia que permite o acesso aos arquivos armazenados no computador. Diferentemente da memória do HD, a RAM não armazena conteúdos permanentemente. É responsável, no entanto, pela leitura dos conteúdos quando requeridos. Ou seja, de forma não-sequencial, por isso, a nomenclatura em inglês de Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório).

Para simplificar a lógica por trás da função da memória RAM, é possível fazer uma analogia com uma mesa de estudos, onde se reúne todo o material necessário para realizar os deveres de casa: como canetas, lápis, caderno e livros. Os materiais seriam os arquivos e a memória RAM, a mesa, onde tudo se reúne e o trabalho é feito.

Sendo assim, a memória RAM pode ser entendida como um espaço temporário de trabalho, pois, após a tarefa ser realizada, os arquivos (material de estudos) são retirados da memória (mesa) e mantidos no HD (armário).

Como funciona

Assim como a mesa, quanto maior a memória RAM, maior sua capacidade de trabalho. Mas a capacidade da mesa é medida em área. Quanto maior a área da mesa, mais livros cabem e mais rapidamente se faz o trabalho. Já a capacidade da memória RAM, mede-se pelo fluxo de bits suportados nas operações.

Ou seja, para se acessar uma grande quantidade de memória  no HD de uma só vez, como muitos programas atuais exigem, é necessário uma grande quantidade de memória RAM. São estes, portanto, os megabites ou gigabites que aparecem nas configurações.

A memória RAM é um chip semelhante a um micro-processador, composto por milhões de transistores e capacitores. O capacitor é uma peça capaz de armazenar elétrons. Quando ele está carregado, o sistema faz uma leitura com base no famoso código binário de “zeros e uns”. Cada leitura dessa em zero ou um significa um bit de informação. Essa leitura é feita de forma muito rápida, são muitas em poucos milésimos de segundos. É assim que a memória RAM processa todas as ações executadas pelo usuário.

Largura e velocidade do barramento

Outras características que influenciam na capacidade de processamento da memória RAM são a largura e a velocidade do barramento, que é um conjunto de “fios” responsáveis pela conexão da memória com os outros componentes.

A largura nos diz o número de bits que podem ser enviados ao CPU simultaneamente. A velocidade é o número de vezes que esse grupo de bits pode ser enviado a cada segundo.

A memória comunica-se com o CPU, trocando dados, e completa o que se conhece como ciclo de barramento. É esse período que apresenta o desempenho da memória que, pode ser de 100MHz e 32bits, por exemplo. Isto singnifica que tal memória é capaz de enviar 32bits de dados ao processador 100 milhões de vezes por segundo. No entanto, existe um efeito chamado latência, que atrasa a taxa de transferência de dados de forma significativa quando se envia o primeiro bit.

Ao se comprar uma memória deve-se ficar atento para essa questão da taxa de transferência. Não adianta a memória  ter uma frequência alta e a frequência do sistema ser menor, pois a taxa do sistema vai limitar a da memória RAM. Portanto, para um sistema que rode a 100MHz e 32bits, compre uma memória com os mesmos aspectos.

Isso acontece porque o CPU não dá conta de processar os dados na mesma valocidade que estes são enviados. Fato que explica a presença de memória nos processadores mais modernos, a memória Cache, a qual armazena os dados mais acessados, encurtando o processo e acelerando a leitura dos dados.

Desempenho

Muitos sistemas não têm a memória necessária para executar certos aplicativos, jogos e programas. É possível dizer que um dos motivos para isso é a baixa quantidade de memória RAM. O número de informações que o programa exige que sejam acessadas ao mesmo tempo do HD não é suportada pela configuração e o sistema fica lento.

Vale ressaltar, no entanto, que há muitos outros fatores que podem implicar nessa velocidade, dentre eles a velocidade do processador e da placa de vídeo, os quais possuem suas próprias memórias também. Caso da memória Cache, explicada acima.

DRAM

Existem dois tipos básicos de memórias RAM. O mais barato e comum deles é a DRAM ou memória dinâmica de acesso aleatório. Nesse tipo, um transistor e um capacitor unem-se para formar uma célula de memória, que é responsável por um bit de dados. Enquanto o capacitor conserva o bit de informação, o transistor age como um controle, que permite ao chip ler o capacitor ou mudar seu estado.

A DRAM costuma ser uma memória mais lenta, pois passa por um processo de refrescamento dos dados, o que leva tempo e deixa a memória lenta.

SRAM

O segundo tipo é o SRAM ou, memória estática de acesso aleatório. Essa possui um circuito em uma forma conhecida como Flip-flop, que contém quartro ou seis transistores e fios. A vantagem desse tipo é que não há necessidade de ser refrescada. Sendo assim, é mais rápida que o primeiro tipo. No entanto, ocupa também bem mais espaço em um chip que uma célula de memória dinâmica. O que resulta na menor quantidade de memória que se pode ter por chip, fazendo da SRAM um componente bem mais caro.

Dual Channel

As memórias têm evoluído muito e agregado cada vez mais funcionalidades para aplicarem suas capacidades e o Dual Channel é uma delas.

A característica dá a possibilidade do chipset ou o processador de comunicarem-se com duas vias de memória ao mesmo tempo. O resultado é o fornecimento do dobro de largura de dados do barramento.

DDR

A DDR ou, Double Data Rate (taxa dupla de transferência) é mais um para a lista dos aperfeiçoamentos na engenharia das memórias RAM. Essa funcionalidade possibilita a transferência de dois dados simultaneamente.

Módulos de memória

Mais um aspecto importante nas memórias RAM, ao qual deve-se ficar atento, principalmente se for adquirir novas, é o seu módulo. Isto é, o formato dos conectores da placa de memóra. Isso acontece porque as placas-mães devem ter compatibilidade com o conector na memória.

O modelos para desktops que ficaram mais conhecidos são: o SIMM, single in-line memory module; o DIMM, dual in-line memory module e o RIMM, Rambus in-line memory module.

Já o modelo SODIMM serve para notebooks. Essas são memórias que se diferenciam essencialmente nos modos como organizam os pinos nos conectores e transmitem os dados.
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Segurança do processador de periféricos em computadores Mac

Todos os sistemas de computação modernos possuem vários processadores de periféricos integrados dedicados a tarefas como rede, processamento gráfico, gerenciamento de energia e outros. Geralmente, esses processadores de periféricos têm um objetivo único e são muito menos poderosos que a CPU principal. Periféricos integrados que não implementam segurança suficiente se tornam alvos fáceis para ataques de invasores, através dos quais eles podem infectar persistentemente o sistema operacional. Com um firmware de processador de periférico infectado, um invasor poderia visar o software da CPU principal ou capturar diretamente dados sensíveis (um dispositivo Ethernet poderia ver o conteúdo dos pacotes que não estão criptografados, por exemplo).

Sempre que possível, a Apple trabalha para reduzir o número necessário de processadores de periféricos e evitar designs que exijam firmware. Mas quando processadores separados com seus próprios firmwares são necessários, medidas são tomadas para ajudar a garantir que um invasor não possa persistir nesses processadores. Isso pode ser feito ao verificar o processador de uma das seguintes maneiras:

Ao executar o processador em um modo para que ele baixe um firmware verificado da CPU principal na inicialização

Ao fazer com que o processador do periférico implemente sua própria cadeia de inicialização segura para verificar o firmware do processador do periférico sempre que o Mac inicializa

A Apple trabalha com fornecedores para auditar suas implementações e aprimorar seus projetos para incluir as propriedades desejadas, como:

Garantia de um poder criptográfico mínimo

Garantia de uma revogação forte do firmware reconhecidamente problemático

Desativação de interfaces de depuração

Assinatura do firmware com chaves criptográficas armazenadas nos módulos de segurança de hardware (HSMs) controlados pela Apple

Nos últimos anos, a Apple tem trabalhado com alguns fornecedores externos para adotar as mesmas estruturas de dados “Image4”, código de verificação e infraestrutura de assinatura usados pelo Apple Silicon.

Quando nem a operação sem armazenamento nem o armazenamento com a inicialização segura são uma opção, o projeto exige que as atualizações de firmware sejam criptograficamente assinadas e verificadas antes da atualização do armazenamento persistente.
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