Arquitetura e Organização de Computadores by acacio coutinho https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus Mural sobre a evolução dos computadores, componentes e assuntos relacionados com o tema. Matéria didática Alunos do Curso SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS Profa Adriane Ap. Loper en-us 2022-02-10 21:22:46 UTC 2022-02-10 22:27:54 UTC hello@padlet.com https://padlet.net/icons/png/1f6e0.png PROCESSADORES acaciocoutinho https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041252334 Um processador é uma espécie de microchip especializado. A sua função é acelerar, endereçar, resolver ou preparar dados, dependendo da aplicação. Basicamente, um processador é uma poderosa máquina de calcular: Ela recebe um determinado volume de dados, orientados em padrão binário 0 e 1 e tem a função de responder a esse volume, processando a informação com base em instruções armazenadas em sua memória interna.
O que é ULA?
ULA é a sigla para Unidade Lógica Aritmética. Trata-se do circuito que se encarrega de realizar as operações matemáticas requisitadas por um determinado programa.

Processadores atuais possuem outra unidade para cálculos, conhecida como Unidade de Ponto Flutuante. Essa, por sua vez, serve para trabalhar com números enormes, de 64, 128 bits, por exemplo.

Unidade de Controle
O termo “cérebro eletrônico” está longe de classificar e resumir o funcionamento de um processador. No entanto, a Unidade de Controle é o que há de mais próximo a um cérebro dentro do processador. Esse controlador define o regime de funcionamento e da ordem às diversas tarefas do processador.
Entenda o Cache
Entenda como o espaço onde as instruções podem ser armazenadas dentro do processador funciona: Dado o volume de trabalho que a CPU enfrenta, neste espaço são alocadas informações constantemente requisitadas.
sso é feito como forma de ganhar tempo: armazenadas no processador, esses dados estão rapidamente acessíveis e não é necessário executar uma varredura em disco ou na RAM para buscar as informações.
Registradores
Os registradores são a memória do processador. Você já entendeu que este microchip altamente especializado recebe dados e os processa, num regime de entrada e saída de informação que faz com que o computador, o tablet, o videogame, o GPS, a TV, enfim, todo equipamento eletrônico funcione.
Para "saber" o que fazer com os dados, contudo, o processador precisa de instruções. É isso que está armazenado neste tipo de memória chamada de Registrador: diversas regras que orientam a ULA a calcular e dar sentido aos dados que recebe.
Memory Management Unit (MMU)
O Memory Management Unit (MMU) é o responsável pela coordenação do funcionamento da memória. O processador só pode ser rápido se a memória RAM acompanhar. O MMU é o recurso que transforma as instruções lógicas (virtuais) em endereços físicos nos bancos de memória.

Imagem expõe o Pentium 60, primeiro processador da Intel com o nome e que completa 20 anos hoje (Foto: Reprodução) (Foto: Imagem expõe o Pentium 60, primeiro processador da Intel com o nome e que completa 20 anos hoje (Foto: Reprodução)) — Foto: TechTudo
O processador varre a memória atrás de dados e instruções e o MMU é o recurso que anota onde cada informação do sistema está hospedada na memória. É ele que diz onde o processador deve procurar.
Importância do Clock
Ter mais ou menos Hertz significa o quanto o processador troca dados com o sistema. O processador que oferece 2.0 GHz pode realizar 2 bilhões de ciclos por segundo.
O circuito clock, que mede os ciclos e orienta o ritmo do fluxo de troca de informações no processador, é um dos principais critérios para estabelecer a velocidade do processador. Vale ressaltar, no entanto, que outros pontos entram nesta conta, como interface de memória, quantidade de cache, arquitetura, entre outros.
Aplicações
Existem vários tipos de processadores e cada tipo de aplicação requer um determinado tipo de processador. É o caso dos nossos computadores, que usam os x86.
Dispositivos compactos e com menos tipos de aplicações usam diferentes tipos de processadores. O celular, independente do nível de sofisticação, usa um processador SoC (sigla para System on a Chip: sistema em um chip). Isso significa que o processador em questão agrega diversos outros recursos, como chip de rádio, conectividade, processador gráfico e outros.

Os processadores da linha Opteron oferecem uma performance até 84% maior e uma largura de banda 73% melhor, se comparados com o processador Intel Xeon X5670, lançado em 2010. (Foto: Divulgação) — Foto: TechTudo
Basicamente, qualquer chip que controle algum hardware é um processador. Ele recebe dados, endereça-os e os devolve processados. Uma placa de rede, um adptador Bluetooth e mesmo um pen drive possuem controladores.
GPUs e paralelismo
Isso explica porque os mais recentes supercomputadores são construídos adotando clusters de GPUs.

Embora não sejam páreo no processamento lógico das CPUs, os processadores gráficos são ideais para um grande volume de dados.
]]> 2022-02-10 21:55:38 UTC https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041252334 Inovações em processadores acaciocoutinho https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041264478 Gordon Moore, fundador da multinacional, previu que inovação estaria atrelada ao aprimoramento e à quantidade de transistores; empresas buscam avanços como a computação quântica. 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.

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.

Lei de Moore: viva, morta ou transformada

Alguns anos antes do lançamento do Intel 4004, em 1965, Gordon Moore, cofundador da multinacional, escreveu um artigo em que previu que a complexidade dos componentes de um circuito integrado dobraria a cada ano. A observação ficou conhecida como Lei de Moore.
Em 1975, quatro anos após o surgimento do microprocessador, Moore revisou a lei, fazendo uma previsão de que a cada dois anos haveria, com o mesmo custo, em uma placa de circuito, o dobro de transistores  — unidades básicas de um circuito eletrônico, que funcionam como uma chave que liga e desliga o circuito, fazendo operações lógicas.
Isso significa que, segundo a lei, os processadores seriam cada vez mais potentes e os transistores seriam fabricados em tamanhos progressivamente menores.
A previsão se concretizou e, mais do que isso, tornou-se uma meta que as indústrias almejavam atingir. Dessa forma, a busca pelo aumento da capacidade de processamento dos computadores, nas proporções descritas por Moore, provocou uma expansão no desenvolvimento tecnológico.
No entanto, as taxas não podem, em princípio, ser mantidas indefinidamente, uma vez que deve haver um limite para a redução do tamanho dos transistores. Essa ponderação trouxe à tona o debate acerca da possível morte da Lei de Moore.
“Faz uns 30 anos que a gente acha que está no limite da capacidade técnica”, comenta Todt. O professor acredita que, em algum momento, esse máximo será alcançado, mas não se arrisca a apostar em uma data.
Enquanto o fim não se concretiza, os transistores continuam diminuindo, chegando a tamanhos como cinco nanômetros (cada nanômetro equivale a 10⁻⁹ metro), como o produto que deve ser lançado em 2022 pela Advanced Micro Devices (AMD).
Na Intel, ainda não se cogita estabelecer um limite quanto ao tamanho, muito menos se considera a morte da Lei de Moore, uma vez que a multinacional relaciona a previsão do seu cofundador muito mais à curva de desempenho dos processadores do que ao tamanho dos transistores.
Aqui, nós sabemos que a Lei de Moore não morreu. Existem diversas novas tecnologias que permitem que a gente continue inovando
Carlos Augusto Buarque, diretor da Intel Brasil

E são múltiplas as alternativas pensadas para “superar” a Lei de Moore e encontrar novas formas de dar continuidade à inovação e ao aumento da capacidade de processamento.
Todt cita o processamento paralelo (que acontece, simultaneamente, a partir de vários núcleos) e os circuitos integrados verticais (quando se posiciona um transistor sobre o outro).
Outras alternativas consideradas pelas big techs são a computação quântica, a computação neuromórfica, novos layouts de transistores (buscando melhor desempenho e menor consumo de energia) e a substituição do silício por outros materiais que poderiam ser usados nas placas, como o grafeno.
“No caso do grafeno, há muitas questões a se pensar, como de onde ele vem, qual é o custo e quais são as vantagens”, enumera Buarque. “Hoje, ainda não podemos dizer que o grafeno é o material que vai substituir o silício.”

Desafios e vantagens da computação quântica

Diferentemente dos computadores tradicionais, que registram informações a partir da passagem das correntes elétricas que atravessam os transistores, os computadores quânticos obtêm essas informações a partir de fenômenos relacionados a átomos, fótons ou partículas subatômicas.
Esse tipo de computação é uma alternativa para o desenvolvimento tecnológico, embora implique em novos desafios. Entre eles, Todt cita a necessidade de que esses computadores estejam em ambientes controlados, mantidos em temperaturas baixíssimas, como -272°C.
Outro desafio é a demanda de uma nova maneira de pensar em criptografia, uma vez que as formas de proteção de dados que existem hoje deixariam de ser eficazes.
“Toda a segurança que temos é baseada em algoritmos, em coisas muito difíceis de serem calculadas. Se você tem computação quântica, você consegue fazer esses cálculos na hora, e acabou a criptografia atual”, destaca o professor.
Para Buarque, a computação quântica ainda está longe de substituir a tradicional, devido à complexidade e aos altos custos. Ainda assim, ela pode trazer vantagens. “Mesmo que os computadores quânticos fiquem restritos a data centers, eles podem ter consequências diretas para as pessoas, resultando, por exemplo, em mais conectividade e em aplicações médicas que possam gerar remédios personalizados”, comenta.
“Estamos com a computação quântica no horizonte, mas não estamos perto ainda”, diz Todt. “Eu não diria que em cinco anos haverá grandes computadores quânticos ou coisa assim. Mas a gente pode ser surpreendido por alguma outra tecnologia”, supõe.
Além da quântica, um tipo de computação em estudos é a neuromórfica, com circuitos eletrônicos que imitam a forma como o cérebro humano funciona.
O padrão buscado nesse modelo não se concentra na rapidez de processamento e de cálculo como nos computadores convencionais, mas tem maior eficiência em outros tipos de tarefas, como no reconhecimento de objetos. “Essa é mais uma área que pode trazer revolução tecnológica”, diz Buarque.
Já Luciano Silva, cientista da computação e professor de Ciência da Computação do Insper, aponta três linhas de pesquisa — algumas mais, outras menos desenvolvidas — que surgem como tendências para o futuro da computação: processadores quânticos, fotoeletrônicos (baseados em luz) e bioeletrônicos.
Neste último caso, que parece o mais distante da atualidade para Silva, o silício é substituído por DNA, RNA ou proteínas. “A vantagem desses computadores moleculares é que, nesses materiais, consigo colocar bem mais informação do que 0 e 1”, explica.

O impacto ambiental de inovações com alto poder de processamento

Está em montagem atualmente, na AMD, um supercomputador com GPUs (graphics processing units) com 58 bilhões de transistores. O equipamento deve ser capaz de fazer 10¹⁸ cálculos por segundo.
Se todos os seres humanos fizessem um cálculo por segundo, nós levaríamos sete anos para fazer os cálculos que esse computador faz em um segundo
Sergio Santos, country manager da AMD

É uma tecnologia que tem implicações práticas no cotidiano das pessoas. “Parece estar na estratosfera, mas está na vida real”, assegura Santos.
É com base nos problemas do dia a dia que o ser humano por trás das máquinas busca a inovação tecnológica. “O valor da tecnologia está em como ela melhora a vida das pessoas. Ela existe para encontrar respostas para os problemas que temos”, diz Buarque.
Ele acredita que algumas das inovações que poderão trazer soluções no futuro são aparelhos que possam captar sons ambiente e transmiti-los ao cérebro, auxiliando pessoas com deficiência auditiva, e a criação de medicamentos personalizados, com base nas características e necessidades de cada pessoa.
“Isso requer um poder de processamento gigante”, afirma. “Para não sair caro, é preciso que a tecnologia seja massificada.”
Segundo Santos, esse enorme poder de processamento significa que simulações gigantescas, que antes demorariam meses para serem concluídas, podem passar a demorar horas ou dias. Isso impactaria diversos setores, como o farmacêutico, uma vez que os remédios poderiam ser produzidos e testados mais rapidamente.
Outro exemplo são os crash tests (testes de impacto) da indústria automobilística. “Podemos fazer milhares de simulações virtuais antes de fazer as simulações no mundo real, amassando metal. Com essa tecnologia, conseguimos produtos mais seguros, de forma mais rápida”, diz o gerente nacional da AMD.
Ele ressalta que esses testes também são usados na produção de vacinas. “Vimos pessoas desconfiadas porque, antigamente, levava-se anos para produzir uma vacina, e agora leva-se meses. Mas isso se deve ao aumento do poder computacional, que é usado justamente para isso, para acelerar esses processos”, argumenta.
Com o crescimento do poder computacional, de acordo com Santos, é preciso levar em conta o impacto ambiental do avanço. “Sabemos que o planeta sofre para gerar energia. Então, temos hoje usuários mais conscientes da questão ecológica”, afirma.
Precisamos pensar em reduzir o consumo energético para mantermos nossa vida digital
Sergio Santos, country manager da AMD

As formas de gastar menos energia ou de dispor mais transistores no mesmo espaço, seja em superfície ou empilhados, numa placa de silício ou em outro material, são os desafios que se apresentam para os próximos 50 anos.


]]> 2022-02-10 22:06:36 UTC https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041264478 Segurança em processadores acaciocoutinho https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041280870  A Internet está no dia a dia das pessoas, empresas e instituições de ensino. Seu uso tem acarretado um congestionamento dos links de transmissão. Os principais responsáveis são os gateways (“roteadores”), Os quais confinam o tráfego entre redes. Os processadores de rede estão sendo objeto de estudo nas universidades e empresas. Estes processadores surgiram para melhorar a qualidade de serviços 
Os ataques cibernéticos estão por toda parte, avançando do software para o hardware, ameaçando dispositivos nas casas, carros, empresas, redes e na nuvem. O modelo herdado de software que protege software não é capaz de acompanhar a evolução das ameaças contra a segurança, a proteção e a privacidade digitais. A Intel cria recursos de segurança hardware-enabled diretamente em nosso silício para ajudar a proteger todas as camadas da pilha de computação (hardware, firmware, sistemas operacionais, aplicações, redes e a cloud).
Afim de Reforçar a proteção da segurança a Empresa Intel que fabrica processadores resolveu criar novas tecnologias como:

Detecção de ameaças aprimorada por hardware

A Tecnologia de detecção de ameaças Intel® (Intel® TDT) é um conjunto de tecnologias aprimoradas por hardware que pode ser incorporado a soluções de segurança de fornecedores de software independentes para aumentar os recursos existentes e melhorar a detecção das crescentes ameaças cibernéticas e “exploits”. A Intel TDT está integrada ao silício subjacente e utiliza uma combinação de dados de CPU, algoritmos de aprendizado de máquina e gráficos integrados Intel para cargas de trabalho de segurança.
 CPU é considerada “o cérebro” de um computador porque, assim como a nossa cabeça, contém todos os circuitos responsáveis ​​por receber e executar comandos. No entanto, como o resto de uma máquina, as CPUs possuem suas falhas — e, na verdade, elas podem ser bastante fáceis de hackear. Pensando nisso, uma equipe de pesquisa acadêmica da Universidade de Michigan, nos EUA, trabalha em uma maneira para tentar impedir esse tipo de ataque.
Veja bem: hackear CPUs não é uma prática nova. Os últimos anos mostraram exemplos flagrantes de vulnerabilidades de hardware que permitem o sequestro de dispositivos. Entre os casos mais famosos estão as falhas de segurança “Meltdown” e “Spectre”, ambas embutidas em milhões de chips, colocando em risco dados de computadores no mundo todo.
Agora, de acordo com o IEEE Spectrum, a equipe da Universidade de Michigan está criando um novo design de CPU. Todd Austin, cientista da computação e líder do estudo, o hardware foi apelidado de “Morpheus” e promete ser à prova de hacks. Ou quase isso, já que ela prevê uma diminuição na porcentagem de possíveis ataques.

Testes recentes da CPU mostraram que suas defesas funcionam surpreendentemente bem. Durante um programa de recompensa de busca por bugs patrocinado pela DARPA, um exército de 580 hackers da White Hat gastou 13 mil horas tentando penetrar em suas defesas. Ninguém conseguiu.

Austin descreve a criação de sua equipe desta forma:

“Morpheus é uma CPU segura que foi projetada na Universidade de Michigan por um grupo de alunos de pós-graduação e alguns professores. Isso transforma o computador em um quebra-cabeça feito para computar. Nossa ideia era que se pudéssemos tornar realmente difícil fazer qualquer exploit funcionar, então não teríamos que nos preocupar com falhas individuais.”
Então, como exatamente o Morpheus bloqueia os invasores? Simples: usando criptografia. Austin diz que sua equipe está usando um algoritmo que inicia a criptografia e a descriptografia, chamado “Simon”. Nesse caso, ele pode receber determinados comandos e mudar sua ação em questão de milissegundos, dificultando o acesso ao hardware. Em outras palavras: o Simon criptografa constantemente partes das funções da máquina para então esconder como ela funciona, impedindo que hackers possam explorá-la.

“A maneira como o fazemos é muito simples: apenas criptografamos as coisas. Pegamos ponteiros — referências a locais na memória — e os criptografamos. Isso coloca 128 bits de aleatoriedade em nossos ponteiros. Quando você criptografa um ponteiro, você altera a forma como eles são representados; você altera o layout do espaço de endereço da perspectiva do invasor; você muda o que significa adicionar um valor a um ponteiro.”
E não é que tudo isso faz sentido? Apesar de esse escudo de criptografia não impedir certas ações, como injeções de SQL ou ataques mais sofisticados, ele evita o que Austin diz serem “ataques de baixo nível” ou ataques de execução remota de código (RCEs), em que malfeitores podem inserir programas maliciosos em um máquina através de falhas de segurança aparentes em sua programação. Ao esconder como essa programação funciona, a CPU Morpheus diminui a possibilidade de tais ataques acontecerem.

Para o futuro, certamente podemos esperar por máquinas que são virtualmente impenetráveis para expoits comuns de hardware.







]]> 2022-02-10 22:22:23 UTC https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041280870 Partes importantes e interessantes em nossos computadores. acaciocoutinho https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041287289 O que é hardware? Entenda tudo o que compõe o seu PC!

Hardware é o nome dado para os componentes que formam um PC. Do processador à memória RAM, até os seus periféricos externos, eles são vitais para o funcionamento da sua máquina, cada qual com uma função em particular.

O que é um Hardware

O hardware é uma peça eletrônica que junto a outras compõem um PC. Ele é formado por circuitos elétricos e comandado por um sistema operacional e por softwares, que têm uma função como a de cérebro desse componente.
Os hardwares podem ser internos ou externos, ou seja, podem ser alocados dentro do gabinete de um computador ou na parte de fora. A grande diferença entre eles é que geralmente as peças que compõem a parte interna de um PC são interligadas diretamente à placa mãe e não são trocadas facilmente e no mesmo período do que os que ficam na parte exterior.
É importante lembrar que outros aparelhos eletrônicos também são compostos de hardwares, como os notebooks e celulares. Estes, por sua vez, também têm componentes parecidos com os de um computador, mas com tamanhos inferiores e capacidades diferentes.

A evolução dos Hardwares

A evolução dessas peças é algo que merece destaque. Nos anos 90, quando os computadores começaram a ser um item indispensável no dia a dia, muitos desses componentes tinham tamanhos maiores e capacidade inferior aos modelos atuais.
Pegando como exemplo o HD, que é o hardware responsável por armazenar dados e informações de um sistema operacional. Naquela época, os modelos mais utilizados disponibilizavam em média 50 GB de espaço. Hoje, os HDs têm, no mínimo, 500 GB de espaço. Sem falar nos modelos SSDs, que têm uma tecnologia de leitura de dados muito mais rápida.Outro exemplo de dispositivo que evoluiu bastante é o mouse. Nos anos 90, era comum ter um modelo com uma bolinha de borracha que envolvia uma esfera de metal. À medida que ela rolava pela mesa, o cursor na tela reproduzia o movimento.
Hoje em dia, além deste modelo ter sido extinto, muitos mouses contam com conexão wireless (sem fio), e velocidades muito superiores em relação à época. Isso sem falar nos leds RGBs que permite personalizá-los com as cores que você preferir.

s principais hardwares de um PC

Os principais dispositivos internos para o funcionamento de um PC são:
  • processador (CPU);
  • placa-mãe;
  • fonte de energia;
  • HD (ou SSD);
  • memória RAM;
  • placa de vídeo (GPU).
Já os principais componentes externos de um PC, também chamados de periféricos, são:
  • monitor;
  • teclado;
  • mouse;
  • webcam;
  • fone de ouvido ou headset.

O que é Software

O software é a parte digital do PC, ou seja, é um conjunto de instruções dadas ao hardware para ele funcionar corretamente. Ele pode variar desde um sistema operacional, como o Windows que faz todo o computador funcionar, por exemplo.
Sendo assim, podemos dizer que o software vive em conjunto com o hardware, sendo ele o responsável por controlar o dispositivo. Por exemplo, uma placa de vídeo não tem nenhuma relevância se não tiver um programa que rode através dela, seja um jogo ou um filme exibido no PC.
Com o software também é possível alterar o funcionamento de alguns componentes do PC. Com um determinado programa, é possível aumentar a velocidade do cursor do seu mouse, por exemplo, para torná-lo mais ágil e sensível em um jogo FPS —  no qual é vital ser rápido com a mira controlada pelo dispositivo.
Também com um software podemos aumentar a velocidade de um processador, realizando o procedimento chamado de overclock. Nele, o software faz alterações diretas no processador, fazendo com que opere em uma velocidade mais alta que a especificada pelo fabricante e tenha um desempenho ainda maior.

]]> 2022-02-10 22:27:48 UTC https://padlet.com/acaciocoutinho/yjs62k6fi6finfus/wish/2041287289